Fundamentos del análisis sísmico
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Dr. Edgar Tapia Hernández
Fundamentos del
análisis sísmico
Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]
Fundamentos del Análisis Sísmico
Fundamentos del análisis sísmico
A. Propiedades estructurales relevantes
B. Incertidumbre en la demanda y resistencia
C. Definición de demandas sísmicas
D. Respuesta de las estructuras
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Una estructura estará
sometida a lo largo de su
vida útil a la aplicación de
cargas externas
Producirán fuerzas
internas
Deformaciones en la
edificación y también en
los elementos que la
conforman
Anál
isis
est
ruct
ura
l
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Propiedades estructurales relevantes
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• Resistir sin daño sismos leves.
• Resistir sin daño estructural, aunque con algún tipo de
daño no estructural, los sismos moderados.
• Resistir sin colapso, aunque con daño estructural y no
estructural, en sismos intensos.
Objetivos del diseño sismo-resistente:
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Propiedades estructurales relevantes
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Objetivos del diseño estructural
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La seguridad de la estructura diseñada se verificapara el efecto combinado de las acciones probables endos sentidos:
• Proporcionar comodidad a sus ocupantes,garantizando su operación y funcionalidad antecargas y deformaciones cotidianas.
• Diseñarse para garantizar la supervivencia desus ocupantes y contenidos, en caso de unevento extraordinario.
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Estados límite
Es el estado máximo de daño aceptable para unaestructura considerando su importancia, operación yseveridad de la acción.
Estado límite de servicioEstado límite de falla
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Estados límite
Es el estado máximo de daño aceptable para una
estructura considerando su importancia, operación y
severidad de la acción.
Estados límite
de servicio
Estados límite
de falla
Flecha
Distorsión
Vibraciones
Agrietamientos
Entre otros
Distorsión del colapso
Inestabilidad
Fatiga
Daño irreversible
Entre otrosDr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Deformaciones laterales
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DistorsiónLa distorsión es la relación entre el desplazamiento del entrepiso i
y el desplazamiento del entrepiso siguiente i+1.
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Periodo fundamental
El periodo natural está estrechamente relacionado con la rigidez
lateral del sistema.
w frecuencia natural de vibración
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Periodo fundamental
Provisiones NERP-94. EU.
n es el número de pisos
(no considera sistema estructural)
Goel y Chopra, 1997
H es la altura del edificio
C= 0.035 edificios con marcos de acero
C= 0.025 edificios con marcos de concreto
armado
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Periodo fundamental
Goel y Chopra, 1997
H es la altura del edificio en pies
a= 0.016 y b= 0.90 para marcos momento
resistentes de acero
a= 0.028 y b= 0.80 para marcos momento
resistentes de concreto armado
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Ejemplo
xi es el desplazamiento del nivel i relativo a la base de la estructura
en la dirección de la fuerza
g es la aceleración de la gravedad;
hn es la altura del edificio
Fi es la fuerza sísmica por entrepiso
Ct y x son dos coeficientes que dependen
del sistema estructural Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Fundamentos del análisis sísmico
A. Propiedades estructurales relevantes
B. Incertidumbre en la demanda y resistencia
C. Definición de demandas sísmicas
D. Respuesta de las estructuras
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El modelo tiene incertidumbre en resistencia y
demanda
La resistencia de diseño teórica puede variar en condiciones
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Estudio detallado de 1,603 m2 de una biblioteca y 362 m2
de una hemeroteca
El edificio fue construido en 1974 y está estructurado con
marcos momento-resistentes de concreto reforzado.
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Acciones de diseño
RCDF-1966
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Acciones de diseño
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Descarga por intervalos del peso obtenido por los
muebles y las publicaciones
Biblioteca Hemeroteca
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Acciones de diseño
¿Qué pasa con la carga de los usuarios?
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La concentración temporal de los
usuarios y los muebles es diferente
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Acciones de diseño
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La carga viva:
- Podría ser mayor que la carga muerta
- Podría ser prácticamente constante. No se reduce ni se
suprime en un evento extraordinario.
La carga puede deslizarse o balancearse con lo que se
disipa la energía asociada a la fricción o al impacto.
Fuerzas
inerciales
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Acciones de diseño
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Funciones de distribución
Biblioteca Hemeroteca
Alta incertidumbre de la carga
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Acciones de diseño
Acciones nominales ≤ Resistencia nominal
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Alta incertidumbre en una excitación sísmica
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Edificio sin
daño previo
Edificio
dañado
Edificio
restaurado
Prever las condiciones durante la vida útil
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A. Propiedades estructurales relevantes
B. Incertidumbre en la demanda y resistencia
C. Definición de demandas sísmicas
D. Respuesta de las estructuras
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Acelerograma
Es una representación en el tiempo de la aceleración que
experimenta el suelo en un determinado punto durante un
terremoto.
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Acelerograma
Las aceleraciones
se miden en
función de la
gravedad.
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Acelerograma
¿Cuánto es 1.0 g de aceleración?
a=0.1 g
a=0.5 g
a=1.0 g
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Espectro
Cuando la base de un edificio entra en vibración ésta se
trasmite a su estructura, que también comienza a vibrar.
En un sistema completamente rígido, la vibración del edificio
sería exactamente la misma que en la base.
En la realidad, el periodo de vibración
y las aceleraciones del suelo y
estructura son diferentes.Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Espectros
de
aceleración
La forma del
espectro
depende de:
- La naturaleza del movimiento sísmico
- La trayectoria de las ondas hasta llegar al sitio de medición
- Los efectos de sitio (condición geológica local)Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Espectro de aceleraciones
Los espectros de banda angosta
tienen una respuesta de magnitud
mucho más alta en alguno de los
periodos.
Los espectros de banda ancha
tienen una respuesta de magnitud
similar en una amplia banda de
valores de periodo.
a: aceleración
v: velocidad
r: posiciónDr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Ingeniería Sísmica
Acciones accidentales. Sismo.
Combinaciones de carga.
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Zonas con diferente respuesta
Definición del Sismo de DiseñoDr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Zonas con misma respuesta
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Normas Técnicas
Complementarias para Diseño
por Sismo 2017p
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A. Propiedades estructurales relevantes
B. Incertidumbre en la demanda y resistencia
C. Definición de demandas sísmicas
D. Respuesta de las estructuras
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Diseño sismo-resistente
Proveer capacidad resistente al sistema estructural evitando
el colapso.
Se permiten daños significativos ante sismos severos
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Sistemas
de piso
Rigidez del
diafragma
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Tensión diagonal
Sismo
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Muros diafragma
Mampostería
confinada
Mampostería interiormente
reforzada
Mampostería no
reforzada
Tipos de mampostería
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Influencia de aberturas
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Muros confinados
Muros reforzados con dalas castillos
RefuerzoExterior
Interior
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Muros confinados
Muros reforzados exteriormente
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Muros confinados
Muros reforzados interiormente
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Piso débil
Entrepiso cuya rigidez lateral (y
resistencia) es inferior a la de otros
entrepisos. También llamado piso blando
(discontinuidad).
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Piso débil
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Mampostería confinada
Relación entre la densidad de muros y
nivel de daño
• Daño asociado a hundimientos diferenciales
• Presencia de materiales pobres o deteriorados
• Insuficiencia de dalas y castillos
• Falta de mantenimiento (vigas y sistema de techo)
• Reducida cantidad de muros
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Muros diafragma
• Existe incompatibilidad de
deformaciones
• Distribución asimétrica en planta
(torsión)
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Ductilidad de marcos
Vigilar compatibilidad de deformación
con elementos estructurales, elementos
no estructurales y contenidos.
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Columna corta
Se forma cuando se construye una
pared de altura parcial para ajustar
alguna ventana.
Confinamiento de la mampostería; el
muro restringe el desplazamiento de
la columna.Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Influencia de los modos superiores
Suelo blando
Roca
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Interacción suelo – estructura
El modelo incluye la forma como el
movimiento sísmico del
terreno afecta a la
estructura, a través de
la cimentación.
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Interacción suelo – estructura
La influencia depende altamente de la
solución específica de cada caso
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Centro de masa
Las fuerzas sísmicas se suponen
actuando al nivel de la losa.
Para ubicarlo, se procede de manera similar al
centroide del área, excepto que hay que ponderar la
contribución de cada porción con su masa.
M2A2
(x2, y2)
M1A1
(x1, y1)M3A3
(x3, y3)
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Centro de cortante
Cada entrepiso debe diseñarse para resistir las fuerzas
sísmicas acumuladas desde la azotea hasta dicho entrepiso.
F4
F3
F2
F1
V4= F4
V3= F4+F3
V2= F4+F3+F2
Vb=V1= F4+F3+F2+F1
El punto donde se
aplica el cortante se
conoce como centro
de cortante.
F4
F3
V3
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Irregularidad en masa y rigidez
C.R.
C.M.
El centro de masas es el punto
geométrico que dinámicamente se
comporta como si en él estuviera
aplicada la resultante de las fuerzas
externas al sistemaDr. Edgar Tapia Herná[email protected]
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Irregularidad en masa y rigidez
Plantas sencillas Plantas complejas
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Irregularidad en masa y rigidez
Elevaciones sencillas Elevaciones complejas
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A. Propiedades estructurales relevantes
B. Incertidumbre en la demanda y resistencia
C. Definición de demandas sísmicas
D. Respuesta de las estructuras
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Gracias
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