Manual AceL Sin

7/24/2019 Manual AceL Sin

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MANUALDEUSUARIO

Jos

Antonio

Agudelo

Zapata.Ingeniero

de

Caminos,

Canales

y

Puertos


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1EDICINREVISADADA.SEPTIEMBRE2014

Autor:

JosAntonioAgudeloZapata.

IngenierodeCaminos,CanalesyPuertos

2014


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MANUAL DE USUARIO

Jos Antonio Agudelo ZapataIngeniero de Caminos, Canales y Puertos Pgina 1

NDICE

OBJETO DEL PROGRAMA ...................................................................................... 2

2

BASE TERICA DEL PROGRAMA ........................................................................... 2

2.1

MTODO USADO PARA GENERAR ACELERMETROS SINTTICOS................................................ 22.2 MEJORAS QUE EL PROGRAMA PUEDE REALIZAR A LA SEAL...................................................... 4

2.2.1 Ajuste de lnea de base ............................................................................................ 4

2.2.2

Ajuste de aceleracin de pico .................................................................................. 5

2.2.3 Ajuste mediante respuesta espectral ...................................................................... 5

3 USO DEL PROGRAMA ............................................................................................ 5

3.1 PROYECTO ...................................................................................................................... 53.2

DEFINICIN DE ESPECTROS ................................................................................................. 6

3.3 DEFINICIN DE FUNCIN DE INTENSIDAD ............................................................................. 103.4 CALCULO DE ACELEROGRAMA ........................................................................................... 143.5

VISOR DE ACELEROGRAMAS .............................................................................................. 223.6 LISTADOS DE CLCULO .................................................................................................... 26

4

BIBLIOGRAFA ...................................................................................................... 27


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OBJETO DEL PROGRAMA

AcelSines un sencillo programa informtico que obtiene Acelerogramas Sintticosajustados a espectros y funciones de intensidad predefinidas.

La obtencin de acelermetros sintticos es necesaria para realizar clculosdinmicos directos en estructuras. Dichos clculos dinmicos pueden ser necesarios en lossiguientes casos:

a) cuando se necesita estudiar el comportamiento de la estructura en el rango no

lineal o la propia estructura tiene elementos que no se comportan de manera lineal, para locual los mtodos basados en los espectros elsticos de respuesta no son vlidos.b) cuando la estructura es muy compleja y la aproximacin de combinar las

respuestas de distintos de modos de vibracin no es adecuada.

Los clculos dinmicos directos con acelermetros sintticos permiten obtener conprecisin la respuesta de la estructura frente a un sismo.

2

BASE TERICA DEL PROGRAMA

2.1

MTODO USADO PARA GENERAR ACELERMETROS SINTTICOS

El mtodo que se ha utilizado en el programa AcelSinpara generar acelerogramascompatibles con un espectro de respuesta prefijado es el propuesto por Gasparini yVanmarcke1.

Dicho mtodo se basa en la posibilidad de expandir la aceleracin de la sealssmica en una serie de ondas sinusoidales:

donde i, i y Ai son un conjunto de ngulos de fase, frecuencias y amplitudes,respectivamente. I(t) es una funcin de intensidad envolvente, determinista, predefinida y quepermite simular el carcter transitorio de los acelerogramas. El programa considera lassiguientes I(t):

1D. Gasparini y E. Vanmarcke, Simulated Earthquake Motions Compatible with Prescribed RespondeSpectra, Report R76-4 of Department of Civil Engineering, Massachussets Institute of Technology,Masachusset, 1976


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Funcin de intensidad constante de duracin d Funcin de intensidad trapezoidal con rama lineal

ascendente inicial de duracin a, ramaconstante y una rama final lineal descendiente quecomienza en el instante b.

Funcin de intensidad trapezoidal con ramaexponencial ascendente inicial de duracin a yparmetro , rama constante y una rama finalexponencial descendiente de parmetro quecomienza en el instante b.

Funcin de intensidad regida por crecimiento ydecrecimiento exponencial en funcin de losparmetros y .

Funcin de intensidad definida por el usuario apartir de un conjunto de puntos (Xi,Yi)

Funcin de intensidad de un acelerograma departida

De acuerdo con dicho mtodo, el algoritmo de generacin de acelerogramassintticos comienza por fijar un nmero n de frecuencias i, equi-espaciadas en el rango deinters, de manera que el registro contenga todo el rango de frecuencias deseado.Seguidamente se genera de manera aleatoria el mismo nmero n de ngulos de fase i, con

valores entre 0 y 2, que dan a la seal el carcter estocstico. Para distintos ngulos defase y un espectro de respuesta en velocidades prefijado S

v

(i

), se obtienen diferentesregistros artificiales de aceleracin, que son similares en su contenido de frecuencias perodiferentes en el detalle.

El programa permite definir los espectros de respuesta entre distintas normativas ycasos, concretamente:

-

Espectros definidos por la normativa NCSE-02 (Norma de ConstruccinSismorresistente. Parte general y de edificacin).

- Espectros definidos por la normativa NCSP-07 (Norma de ConstruccinSismorresistente. Puentes).

-

Espectros definidos por el Eurocdigo 8- Espectro definidos por puntos (T,Sa) por el usuario- Espectro calculado a partir de un acelermetro dado.


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Para el clculo del acelermetro sinttico se requiere el clculo de n amplitudes Ai, detal forma que el espectro de velocidades correspondiente al acelerograma (t) sea igual aSv(i). Dichas amplitudes pueden expresarse en funcin de la densidad espectral de potenciaS(i) que, a su vez, se obtiene de manera aproximada a partir del espectro predefinido. Lasamplitudes Aicalculadas de esta manera pueden modificarse de tal forma que mejoren el

ajuste entre el espectro de respuesta de la seal generada y el espectro predefinido.Evidentemente, a medida que el valor del nmero n aumenta, la compatibilidad de los dosespectros mejora, al incluirse ms frecuencias en la seal.

El problema consiste en calcular la funcin de densidad espectral de potencia a partirde un espectro en velocidades Svespecificado y de generar una seal artificial (t) a partir dedicha funcin, de tal manera que su espectro de respuesta en velocidades sea justamenteSv.

El clculo prctico de las amplitudes A ise realiza aproximando la potencia total delproceso al rea debajo de la curva S(i) y asumiendo un nmero n alto, obteniendo:

2

Para el clculo de la densidad espectral de potencia de una seal , considerandocomo dato de entrada la velocidad mxima relativa Sv(i) correspondiente a una fraccin delamortiguamiento crtico u, siendo el modelo con un solo grado de libertad sometido a laaccin de dicha seal :

1 4 ,

Para evaluar los valores , se empieza por la frecuencia natural ms baja , parala cual la contribucin del trmino integral es nula. En una frecuencia cualquiera la integralde

se conoce y, por tanto, puede evaluarse

.

2.2 MEJORAS QUE EL PROGRAMA PUEDE REALIZAR A LA SEAL

El programa puede mejorar la calidad de la seal generada segn elprocedimiento descrito en el punto anterior, mediante los siguientes tres mtodos.

2 2 Ajuste de lnea de base

El programa puede efectuar un ajuste de la lnea de basemediante la ecuacinpropuesta por Berg y Housner2

Donde d es la duracin del acelerograma y los coeficientes c0, c1 y c2 se escogen deforma que minimicen la media cuadrtica de la velocidad del terreno durante la seal. Dichoajuste proporciona un acelerograma a(t) al que le corresponde una seal de velocidades quetiende a cero al final del registro.

2G.V. Berg y G.W. Housner, Integrated velocity and displacement of strong earthquake ground motion,Bulletin of Seismological Society of America, 2, 175-189, Abril 1961.


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Ajuste de aceleracin de pico

Otra posible mejora de la seal por parte del programa se basa en el ajuste de laaceleracin mxima. El programa puede imponer que la mxima aceleracin sea igual al

valor prefijado por el usuario o por el espectro al que se quiere ajustar la seal.

Para ello el programa realiza lo siguiente: Si el valor absoluto de la aceleracinmxima generada es menor que la especificada, simplemente se modifica su valor absolutoal valor deseado. Si por el contrario, su valor absoluto es mayor, se escalan todas aquellasaceleraciones cuyo valor absoluto sobrepase el especificado. El procedimiento descrito slogarantiza la existencia de una aceleracin mxima de valor absoluto igual al especificado.Esta modificacin artificial solamente afecta a la respuesta en el rango de frecuencias muyaltas, por lo que no tiene mayor incidencia en la respuesta de las estructuras.

2 2 3 Ajuste mediante respuesta espectral

El programa tambin aportar la posibilidad de mejorar el acelerograma generadomediante ajuste de la respuesta espectral. El carcter aproximado de las expresionesdescritas y los ajustes de lnea de base y aceleracin pico, hacen que el espectro derespuesta de la seal artificial no sea exactamente igual al especificado.

Para mejorar el ajuste entre ambos espectros se utiliza un procedimiento cclico en elque se compara el espectro de respuesta con el especificado en un conjunto de frecuenciasde control j. En cada frecuencia de control se obtiene la relacin entre la respuesta deseada

y la calculada. Para mejorar el ajuste, se modifica el valor correspondiente de la funcin dedensidad espectral de potencia en proporcin al cuadrado de la relacin mencionada:

Este procedimiento no es, generalmente, convergente en todas las frecuencias decontrol. Est basado en la hiptesis de que el valor de la funcin de densidad espectral depotencia en una frecuencia dada depende exclusivamente de esta frecuencia. Sin embargo,existe tambin una dependencia de los valores de la funcin de densidad espectral depotencia en frecuencias cercanas. Por esta razn, el algoritmo mejora el ajuste slo en lasprimeras iteraciones en las que el efecto de las frecuencias lejanas es an despreciable. Elprograma permite decidir al usuario cuantas iteraciones quiere realizar y si quiere pararantes de haberlas realizado en el caso de conseguir el error mximo objetivo.

3

USO DEL PROGRAMA

3.1 PROYECTO

El men Archivo del programa contiene las opciones ms comunes de gestin dearchivos de la mayora de los programas de Windows. Desde este men se pueden crearnuevos proyectos, abrir los ya creados y guardar los que se estn ejecutando en cadamomento.


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La extensin de los ficheros donde el programa graba los proyectos realizados es*.acs.

3.2 DEFINICIN DE ESPECTROS

Una vez abierto o creado un proyecto nuevo, el primer paso es generar espectros dereferencia. Para ello se utiliza la herramienta Definicin de espectro

Esta herramienta define tipos de espectros que puede usar el programa y contienetres zonas:

Zona A: zona de eleccin de espectro y nombre

Zona B: zona de parmetros de espectro

Zona C: zona de visualizacin de espectro


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En la Zona Ael usuario elige el nombre del espectro y el tipo de este.

Mediante los botones de este zona el usuario puede dar la orden de calcular/guardar un

espectro, borrarlo o imprimir un informe con los datos del espectro. Los tipos deespectro que puede realizar el programa son los siguientes:

- Espectros definidos por la normativa NCSE-02 (Norma de ConstruccinSismorresistente. Parte general y de edificacin).

- Espectros definidos por la normativa NCSP-07 (Norma de ConstruccinSismorresistente. Puentes).

- Espectros definidos por el Eurocdigo 8-

Espectro definidos por puntos (T,Sa) por el usuario-

Espectro calculado a partir de un acelermetro dado.

La Zona Bde la herramienta es donde se definen todos los parmetros del espectro que sequiere generar. Por tanto, esta zona vara en su contenido en funcin del espectro elegido adefinir. Concretamente:

Zona A

Zona B Zona C


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Datos para definicin de espectro con lanormativa NCSE-02

Datos para definicin de espectro con lanormativa NCSP-07

Datos para definicin de espectro con elEurocdigo 8.

Datos para definicin de espectro porpuntos. Posibilidad de leer puntos de

archivos txt.


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Espectro definido a partir de unacelermetro

En la Zona C se muestra los espectros calculados una vez se han guardado con

nombre con el botn calcular/guardar de la Zona A.

La Zona C muestra los espectros de aceleracin, velocidad y desplazamiento. Losdatos se muestran tanto en grficas como en tablas. Estas ltimas son exportables a

archivos TXT con el botn y a Excel con el botn


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3.3

DEFINICIN DE FUNCIN DE INTENSIDAD

Para generar funciones de intensidad, el programa dispone de la herramientaDefinicin de Funcin de Intensidad.

En esta herramienta se definen funciones de intensidad que pueden ser de variostipos. Esta herramienta contiene tres zonas:

Zona A: zona de eleccin de funcin de espectro y nombre

Zona B: zona de parmetros de la funcin intensidad

Zona C: zona de visualizacin de la funcin de intensidad

En la Zona A, el usuario elige el nombre de la funcin intensidad y el tipo de esta.

Zona A

Zona B Zona C


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Mediante los botones de esta zona, el usuario puede dar la orden de calcular/guardar una

funcin de intensidad, borrarla o imprimir un informe con los datos de la funcin. Lostipos de funcin intensidad que puede realizar el programa son los siguientes:

Funcin de intensidad constante de duracin d Funcin de intensidad trapezoidal con rama linealascendente inicial de duracin a, ramaconstante y una rama final lineal descendiente quecomienza en el instante b.

Funcin de intensidad trapezoidal con rama

exponencial ascendente inicial de duracin a yparmetro , rama constante y una rama finalexponencial descendiente de parmetro quecomienza en el instante b.

Funcin de intensidad regida por crecimiento y

decrecimiento exponencial en funcin de losparmetros y .

Funcin de intensidad definida por el usuario a

partir de un conjunto de puntos (Xi,Yi)

Funcin de intensidad de un acelerograma de

partida


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La Zona Bde la herramienta es donde se definen todos los parmetros de la funcinintensidad que se quiere generar. Por tanto, esta zona vara en su contenido en funcin de lafuncin intensidad elegida. Concretamente:

Parmetros de funcin intensidad constante Parmetros de funcin intensidad trapezoidal

Parmetros de funcin intensidad trapezoidal-

exponencial.

Parmetros de funcin intensidad exponencial.


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Parmetros de funcin intensidad definida porpuntos. Posibilidad de leer puntos de un archivo

TXT.

Parmetros de funcin intensidad definida por unacelermetro ledo de un archivo TXT.

En la Zona Cse muestra la funcin intensidad calculada una vez se han guardado

con nombre con el botn calcular/guardar de la Zona A.

Los datos se muestran tanto en una grfica como en una tabla. Estas ltimas son

exportables a archivos TXT con el botn y a Excel con el botn .


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3.4 CALCULO DE ACELEROGRAMA

Para generar acelerogramas sintticos, el programa dispone de la herramientaCalculo de acelerograma.

Esta herramienta calcular acelerogramas sintticos a partir de espectros y funcionesde intensidad fijadas por el usuario. La herramienta contiene tres zonzas:

Zona A: zona de clculo, grabado listado de acelerograma

Zona B: zona de parmetros del acelerograma

Zona C: zona de visualizacin del acelerograma

Zona A

Zona B Zona C


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En la Zona A, el usuario elige el nombre del sismo que va a calcular.

El botn inicia el clculo del sismo artificial. Mediante los botones de esta zona,

el usuario puede dar la orden de guardar el sismo artificial generado, borrarlo o

imprimir un informe con los datos del sismo generado.

La Zona Bde la herramienta es donde se definen todos los parmetros necesariospara el clculo del sismo artificial.

Entre estos parmetros, se debe elegir:

- El espectro y la funciones de intensidad que se quiere conseguir con el sismoartificial y que ya han debido ser definidos con las herramientas: Definicin de


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espectro (ver punto 3.2) y Definicin de funcin de intensidad (ver punto3.3).

- Definir los parmetros de Frecuencia de muestreo del acelermetro a generar,el periodo mximo a considerar as como el Erro Medio Objetivo que se quierealcanzar. El Error Medio se evaluar en el nmero de puntos equidistantes en

el espectro que indique el usuario.- El usuario indicar que mejoras quiere aplicar a la seal. El programa ofrece

tres tipos de mejora:o Ajuste de lnea de base (ver el punto 2.2.1).o Ajuste de aceleracin pico (ver el punto 2.2.2).o Ajuste de respuesta espectral (ver el punto 2.2.3).

La Zona C muestra los resultados del clculo del acelermetro sinttico en 5pestaas:

Concretamente:

1. Pestaa Espectro VS Seal: En esta pestaa se muestra la sealgenerada junto a su espectro, tanto en aceleraciones, velocidades ydesplazamientos:

Los datos se muestran tanto en grficas como en tablas. Estas ltimas son



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2. Pestaa Seal: En esta pestaa se muestras la seal, tanto en trminos deaceleracin como en velocidades y desplazamientos:



3. Pestaa Espectros: esta pestaa muestra los espectros de aceleracin,velocidad y desplazamiento de la seal comparada con el espectro objetivo y elmargen de error definido (Error Medio Objetivo):


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4. Pestaa Funcin de Intensidad: muestra la Funcin de Intensidad de la

seal generada as como la objetivo.


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Los datos se muestran tanto en una grfica como en una tabla. Estas ltimas son


5. Pestaa Propiedades de la seal: se muestras las propiedades bsicasde la funcin como son:


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Concretamente:

o Nombre del espectro objetivoo Nombre de la funcin intensidad objetivoo Error Medio Obtenidoo Nmero de ciclos de ajuste de respuesta espectral de la sealo Valor pico de la aceleracin P.G.A.:se trata del valor mximo de

aceleracin en el acelermetro. Es el ms comn de los parmetrosusados en ingeniera ssmica, usualmente utilizado para escalar lasformas espectrales normativas para perodo nulo.

o Valor pico de la velocidad P.G.V.: se trata del valor mximo develocidad de la seal de velocidades, una medida alternativa, querefleja el dao en conducciones, contenido de los edificios y elementosno estructurales.

o Valor pico del desplazamiento P.G.D.:se trate del valor mximo dedesplazamientos en la seal de desplazamientos.

o Intensidad rias de la seal IA:una funcin especfica relacionadacon el contenido energtico (Arias, 1970), a menudo usada como unindicador de la Intensidad Macrossmica (Cabaas et al., 1997). Suclculo se realiza mediante la expresin:

2


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o Duracin significativa de la seal TD: tambin llamada Duracinde Trifunac (Trifunac y Brady, 1975). Es el intervalo, en segundos, entreel 5% y el 95% de la funcin de Husid (Husid, 1973), en el que seconcentra la mayor parte de la energa.

o Velocidad Absoluta Acumulada CAV: Esta funcin (EPRI, 1988) est

relacionada con el dao estructural al incluir adems de la amplituddel movimiento los efectos acumulativos de su duracin (Kramer, 1996Cabaas et al., 1997). Su clculo se realiza mediante la expresin:

||

o Intensidad Housner HI: o intensidad de espectro de respuesta(Housner, 1952). Usada tambin como medida del dao potencial delacelerograma en estructuras tipo. Su clculo se realiza mediante laexpresin:

, .

., donde

es el amortiguamiento

o Grfica Funcin de Husid: viene dada por la siguiente expresin(Husid, 1973):


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3.5 VISOR DE ACELEROGRAMAS

El programa dispone de una herramienta para visualizar un acelerograma dado enarchivo TXT. Dicha herramienta se llama Visor:

Esta herramienta permite visualizar, de un acelerograma dado en un archivo TXT, suseal y espectros en aceleraciones, velocidades y desplazamientos, su funcin intensidad ypropiedades bsicas generales. Dicha herramienta contiene dos zonas:

Zona A: zona de entrada del acelerograma

Zona B: zona de resultados

La Zona Ade la herramienta es donde se carga el acelermetro en formato TXT.

Zona A

Zona B


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Una vez indicado el archivo en el botn aparecer un recuadro sobre el formatodel mismo:

Se deber indicar el nmero de lneas en la cabecera del archivo TXT (lneas que noleer el programa) y si el archivo posee dos columnas, una para segundos y otra para laseal separada por un delimitador (que se debe indicar) o si por el contrario el archivo soloposee una columna, que es la seal y por tanto, en este caso, habr que especificar elincremento de tiempo entre dos valores consecutivos de la seal.

Una vez cargado el archivo y especificado el periodo mximo, su incremento y elamortiguamiento se podr dar al botn Calcular para que el programa proceda a visualizar

el acelermetro.

La Zona B de la herramienta mostrar entonces los datos del acelermetro en 4pestaas:


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1. Pestaa Seal: se muestra la seal de la aceleracin, velocidad ydesplazamientos en el dominio del tiempo:

Los datos se muestran tanto en grficas como en tablas. Estas ltimas

son exportables a archivos TXT con el botn y a Excel con el botn

.2. Pestaa Espectros: se muestran los espectros de aceleracin,

velocidad y desplazamientos de la seal:

Los datos se muestran tanto grficas como en tablas. Estas ltimas son

exportables a archivos TXT con el botn y a Excel con el botn

.


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3. Pestaa Funcin de Intensidad:se muestra la funcin de intensidadde la seal:

Los datos se muestran tanto en una grfica como en una tabla. Estas

ltimas son exportables a archivos TXT con el botn y a Excel con el

botn .4.

Pestaa Propiedades de la sea: se muestran las propiedades

bsicas de la seal (ver punto 3.4):


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3.6

LISTADOS DE CLCULO

En las herramientas del programa, Definicin de espectros, Definicin de funcinde Intensidad y Clculo de acelerograma, se puede obtener un listado del clculo

realizado pulsando el botn . Al pulsar sobre el botn de impresin, se le ofrece al usuariola posibilidad de incluir o quitar partes del listado de clculo a generar:

En ese men se puede optar por imprimir directamente el informe o realizaruna vista preliminar del mismo.

Ejemplo de informes generados


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BIBLIOGRAFA

Para la redaccin del presente manual y elaboracin del programa, se ha utilizado lasiguiente bibliografa:

Norma de construccin sismorresistente: Parte general y edificacin (NCSE-02). Real Decreto 997/2002 de 27 de septiembre (BOE del 11/10/2002)

Norma de construccin sismorresistente: puentes (NCSP-07). Real Decreto637/2007, de 18 de mayo (BOE del 2/6/2007)

D. Gasparini y E. Vanmarcke, Simulated Earthquake Motions Compatible withPrescribed Responde Spectra, Report R76-4 of Department of Civil

Engineering, Massachussets Institute of Technology, Masachusset, 1976

Alex H.Barbat y Juan Miquel Canet, Estructuras sometidas a accionesssmicas. CIMNE BARCELONA 1994

Eurocdigo 8: Proyecto de estructuras sismoresistentes. EN 1998-1:2004

Avelino Samartn Quiroga Cursos de Ingeniera Ssmica (I). La accinSsmcia. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. ColeccinSeinor 40. 2008

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