Analisis Sismico en Estructuras

7/27/2019 Analisis Sismico en Estructuras

1/64

ANALISIS SISMICO DEEDIFICACIONES

DR. GENNER VILLARREAL CASTROPROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP y UPAO

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008


2/64


3/64

INGENIERIA SISMO-RESISTENTE Es la combinacin de una serie de conceptos, que

considerados de manera integrada, permiten eldiseo de una construccin capaz de resistir losefectos de los sismos razonablemente msfuertes que se puedan presentar en el futuro en lalocalidad.


4/64

FILOSOFIA DEL DISEO SISMORRESISTENTE

EVITAR PERDIDAS DE VIDAS HUMANAS ASEGURAR LA CONTINUIDAD DE LOS SERVICIOS

BASICOS MINIMIZAR LOS DAOS A LA PROPIEDAD


5/64

PRINCIPIOS DEL DISEO SISMORRESISTENTE

LA ESTRUCTURA NO DEBERIA COLAPSAR, NICAUSAR DAOS GRAVES A LAS PERSONASDEBIDO A MOVIMIENTOS SISMICOS SEVEROSQUE PUEDEN OCURRIR EN EL SITIO

LA ESTRUCTURA DEBERIA SOPORTARMOVIMIENTOS SISMICOS MODERADOS, QUEPUEDAN OCURRIR EN EL SITIO DURANTE SUTIEMPO DE SERVICIO, EXPERIMENTANDOPOSIBLES DAOS DENTRO DE LOS LIMITES

ACEPTABLES


6/64


7/64

FOCO = HIPOCENTRO h profundidad del foco distancia epicentral K distancia hipocentral

Foco superficial(h60km)

Foco intermedio(60


8/64

El movimiento ssmico del suelo se determina por los acelerogramas (dependencia aceleracin -tiempo), velocigramas (velocidad - tiempo) o

sismogramas (desplazamiento - tiempo)


9/64

Comnmente laaccin ssmica sereemplaza por unespectro derespuesta


10/64

ANALISIS DE LA

RESPUESTA SISMICA


11/64

Respuesta ssmica de estructuras conmasas concentradas:

Losa rgida en su propioplano.

Desplazamientos horizontalesde todos los nudos en un nivelde la estructura estnrelacionados con tres gdl decuerpo rgido, dos componentesde desplazamiento horizontal yuna rotacin alrededor del ejevertical.


12/64

RESTRICCIONES CINEMTICAS


13/64

Diafragma Rgido en Edificaciones

(A)x = ox + q * ly (A)y = oy - q * lx

A= A + (A)

A

lx

ly

o

A

oy o

q

A

ox

o


14/64

METODOS DE ANALISIS SISMICO

A NA L ISIS SISMICO ESTATICO CON DIAFRA GMA RGIDO

Tras lacio n al (1 g.d .l . p o r

nivel)

-Fuerzas eq u ivalentes

-Push Over (paso a paso )

Co n 3 g.d.l . (p o r

nivel)

-Tridimensional

- Pseudo -Tridim .


15/64

METRADO DE CARGAS

NORMA DE DISEO SISMO-RESISTENTE E030-2006


16/64

IRREGULARIDADES EN ALTURA


17/64

IRREGULARIDADES EN PLANTA


18/64

ANALISIS ESTATICO POR LANORMA PERUANA E030-2010


19/64


20/64


21/64


22/64

Donde Z zona ssmica, U categora de la edificacin,S tipo de suelo, C factor de amplificacin ssmica,R coeficiente de reduccin de fuerzas

Siendo Tp perodo correspondiente al perfil de suelo

P R

ZUCS V

T T C p5,2 5,2C

FUERZA CORTANTE EN LA BASE


23/64

Aceleracin mxima del suelo firme con unaprobabilidad de 10% de ser excedida en 50aos

Factor de Zona


24/64


25/64


26/64

Depende de la categora de la edificacin,incrementando la aceleracin espectral dediseo, en funcin a las prdidas que podraocasionar su colapso

Factor de Uso e Importancia

CATEGORIA DESCRIPCION U

A Esenciales 1.5B Importantes 1.3C Comunes 1.0D Menores *


27/64


28/64

Se define de acuerdo a las condiciones de sitio y se interpretacomo el factor de amplificacin de la respuesta estructuralrespecto a la aceleracin en el suelo

Coeficiente de Amplificacin Ssmica

T

T C p5,2 5,2C

Siendo Tp perodo correspondiente al perfil de suelo


29/64

Se define tomando en cuenta las propiedades mecnicas delsuelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental devibracin y la velocidad de propagacin de las ondas de corte

Factor de Suelo

TIPO DESCRIPCION Tp (seg) SS1 Roca o suelos muy rigidos 0.4 1.0

S2 Suelos intermedios 0.6 1.2S3 Suelos flexibles 0.9 1.4S4 Condiciones excepcionales * *


30/64


31/64


32/64

Los sistemas estructurales se clasifican segnlos materiales usados y el sistema deestructuracin sismorresistente predominante

en cada direccin

Factor de Reduccin de Solicitaciones Ssmicas


33/64


34/64


35/64

DESPLAZAMIENTOS LATERALES


36/64

JUNTA SISMICA

FUERZA SISMICA DE DISEO


37/64

1. Modelos de clculo2. Formas y frecuencias libres3. Amortiguacin de vibraciones4. Curvas de resonancia5. Perturbaciones armnicas

6. Pulsaciones del viento7. Ssmica

DINAMICA ESTRUCTURAL


38/64

1. Modelos de clculoEl esquema de clculo, con el cual se describe laresistencia elstica de la estructura en el proceso deanlisis de la reaccin dinmica de la edificacin,habitualmente es el mismo que el modelo esttico. Essobreentendido, que en tal esquema se le adicionan lascaractersticas inerciales y datos de las fuerzas deresistencia al movimiento; adems en forma msdetallada se describen las acciones externas, las cualespueden ser dadas como ciertas funciones del tiempo.En los problemas de dinmica estructural, la principalintriga es la interaccin e influencia mutua de la fuerzaelstica (rigidez del edificio) y las fuerzas inerciales.


39/64

Masas

En los clculos dinmicos es necesario analizar lasdiferentes formas de distribucin de masas en la estructura,que surgen del sistema de cargas, sometidas a cargas

temporales o de larga duracin.Como es conocido se efecta el metrado de cargas y seobtendrn las masas a nivel de pisos, las cuales setransforman en masas dinmicas y pueden ser aplicadas enel centro de gravedad de la losa, en los nudos del prticoespacial, en las vigas, etc.


40/64

2. Formas y frecuencias libres

2.1. Nmero de formas y frecuencias a considerar

Se tiene una regla emprica, que indica parasistemas con n grados de libertad dinmicos, esnecesario calcular las n /2 primeras formas yfrecuencias de vibraciones libres.

Segn la Comisin de energa atmica de losEEUU en calidad de formas y frecuencias devibraciones libres, se exigen el doble de losgrados de libertad dinmicos.


41/64

Existen casos, cuando las primeras frecuencias de lasformas de vibracin libre, no excitan la carga actuante.

Esto conlleva a incrementar n .

En esta construccin varias

decenas de las primeras formas devibracin libre corresponden a lasvibraciones locales del eje (radio).Para dicho clculo sernnecesarios determinar los modossuperiores.


42/64


43/64


44/64

2.3. Formas de torsin

A veces se encuentra que la primera forma devibracin libre es la de torsin.

Si la forma principal es el tipo dedesplazamiento (deformacin) ,entonces la forma de torsin es muyprobable.


45/64

Modelo deelementos

finitos

1-ra forma(flexin)

f 1 = 0,22 Hz

2-da forma(torsin)

f 2 = 1,89 Hz

Torre de televisin de Miln Para edificios altos, existenlas vibraciones torsionalesen las primeras formas

.


46/64

3. Amortiguacin de vibraciones

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

El decremento logartmico d caracteriza elamortiguamiento de lavibracin y es igual allogaritmo natural de larelacin de la amplitud conel intervalo en un perodo.

En vibraciones forzadas, el decremento logartmico se expresa atravs del coeficiente de absorcin y E*/E (E* - energa deabsorcin; E energa potencial) por la frmula d y/2.


47/64

4. Curvas de resonancia

La fuerza perturbadora armnica = 0sin t esmejor y est dado por el incremento de la frecuencia

de las vibraciones libres.


48/64

l d l


49/64

6. Pulsaciones del viento Edificio ms alto del mundo(Petronas tower, altura = 452 m )

Puente colgante con luz de 1990 m, Japn

La carga del viento esfundamental en edificiosaltos y sistemas de grandesluces


50/64

Estacin elctrica de FerribrichInglaterra, 1965


51/64

Velocidad tpica del viento

Espectro de pulsacin

2 20

4/ 32

0

2

1

/

oV

V k nS

f n

n fL V


52/64

Para edificaciones comunes, el efecto de influencia delas pulsaciones del viento son relativamente pequeas.En cambio para edificios altos es muy notorio. Unaorientacin nos da el Eurocdigo, que para el clculo deedificaciones el coeficiente dinmico se determina por los siguientes grficos

CONCRETO ARMADO ACERO


53/64

Puente Takom, 07.11.1940


54/64

7. SsmicaEstablecer la ecuacin del movimiento Principio deDAlembert

mt+c+ku= 0


55/64

A NA L ISIS SISMICO DINMICO

CON DIA FRA GMA RGIDO

Tras lacio n al (1 g.d .l . p o r nivel)

-Espectral

-Paso a paso (t im e-his to ry)

Con 3 g.d .l . p o r n ivel

- Esp ectral

- Tim e-his to ry


56/64


57/64

Espectro en suelo intermedio

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

0 , 0

0 , 5

1 , 0

1 , 5

2 , 0

2 , 5

3 , 0

3 , 5

4 , 0

4 , 5

5 , 0

5 , 5

6 , 0

6 , 5

7 , 0

7 , 5

8 , 0

8 , 5

T (seg)

C


58/64

Se orienta de acuerdo a los cosenos directores o ngulos

de inclinacin, dependiendo del programa estructural ausar

DIRECCION DEL SISMO

ANALISIS MODAL


59/64

Modo 4 ( 4)

Modo 2 ( 2)

Modo 3 ( 3)

Modo 1 ( 1)

Modo 5 ( 5)

[ k wn^2*m] (n) = 0

ANALISIS MODAL

E i l i l d f d


60/64

Es muy importante elegir el nmero de formas devibracin libre. Sucede que las primeras formas devibracin no influyen en el clculo, sino las superiores


61/64

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 20 40 60 80 100 120

, %

N^

V^

M^

2da forma

1ra forma

3ra forma

SRSS por las 100 formas


62/64


63/64

ACELEROGRAMA DE LIMA (03.10.1974)


64/64

MUCHA S GRA CIA S! genner vc@hotmai l com

Analisis Sismico en Estructuras

Documents

Transcript of Analisis Sismico en Estructuras