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TORSION SISMICA EN EDIFICIOS ASIMÉTRICOS
INTRODUCCIÓN
“Los sismos, terremotos o temblores de tierra, son vibraciones de la corteza terrestre,
generadas por distintos fenómenos, como la actividad volcánica, la caída de techos de
cavernas subterráneas y hasta por explosiones. Sin embargo, los sismos más severos y
los más importante desde el punto de vista de la ingeniería, son los de origen tectónico,
que se deben a desplazamientos bruscos de la grandes placas en que esta subdividida
dicha corteza. Las presione que se generan en la corteza por los flujos de magma desde
el interior de la tierra llegan a vencer la fricción que mantiene en contacto los bordes de la
placa tectónica, producen caídas de esfuerzos y liberación de enormes cantidades de
energía almacenada en la roca. La energía se libera principalmente en forma de ondas
vibratorias que se propagan a grandes distancias a través de la roca de la corteza”(Bazan,
2011,p.15).
“El factor que mas ha influido en el establecimiento de la practica actual del diseño
sismorresistente de edificios, ha sido la experiencia que se ha derivado del
comportamiento observado de los diferentes tipos de estructuras que han sufridos sismos
severos. La identificación de las características que han dado lugar a fallas ( o por el
contario a buen comportamiento) y el análisis de los tipos de daños y de sus causas han
contribuido en forma decisiva al entendimiento del comportamiento sísmicos de las
estructuras” (Bazan, 2011,p.33).
“Por lo anterior, mientras que en el diseño para otras acciones se pretende que el
comportamiento de las estructuras permanezca dentro de su intervalo lineal y sin daño
aun para los máximos valores que pueden alcanzar las fuerzas actuantes, en el diseño
sísmico se reconoce que no es económicamente viable diseñar las edificaciones en
general, para que se mantengan dentro de su comportamiento lineal ante el sismo de
diseño.
El problema se plantea en forma rigurosa como uno de optimación, en que se debe
equilibrarse la inversión que es razonable hacer en la seguridad de la estructura con la
probabilidad del daño que puede ocurrir.
La mayoría de los reglamentos modernos de diseño sísmico establecen como objetivos,
por una parte, evitar el colapso, pero aceptar el daño, ante un sismo excepcionalmente
severo que se pueda presentar en la vida de la estructura; y, por otra, evitar daños de
cualquier tipo ante sismos moderados que tengan una probabilidad significativa de
presentarse en ese lapso” (Bazan, 2011,p.38).
Cuando una estructura elástica de varios grados que puedan afectar la estructuración del
edificio se dice que “sus masas sufren desplazamientos que dependen del tiempo y de la
aceleración basal y pueden calcularse resolviendo el sistema de ecuaciones diferenciales.
A partir de los desplazamientos se pueden determinar las fuerzas actuantes en los
diferentes componentes de la estructura” (Bazan, 2011, p.121).
“Con apego a las NTDS, el análisis sísmico de todo debe considerar dos direcciones
ortogonales del movimiento del terreno. Para cumplir tal requisito, cuando en el método
dinámico se opta por ignorar los giros de los pisos, se tiene que seguir el procedimiento
de análisis modal espectral independientemente para cada dirección del sismo, desde el
cálculo de periodos y modos de vibraciones, hasta la determinación de las fuerzas
cortantes de entrepiso” (Bazan, 2011, p.247).
Culminando lo dicho anteriormente se concluye que “en los edificios es usualmente
aceptable suponer que las masas están concentradas en los niveles de los pisos y que las
fuerzas de inercia importantes son solo las laterales; por ello lo que sigue se limita a tratar
este caso, aunque varios conceptos son aplicables a otros sistemas estructurales con
masas concentradas cuyos apoyos tengan todos el mismo movimiento” (Bazan, 2011,
p.108).
PRIMERSUBTEMA:
CONSIDERACIONESGENERALESEN EL DISEÑOPORTORSIÓN
- Comportamientode unaestructurasometidaaefectosde torsión.
- Determinaciónde lascoordenadasdel centrode torsiónporel métodomatricial
tridimensionalde Damy.
SEGUNDOSUBTEMA:
CARACTERIZACIÓN DELA RESPUESTA SÍSMICA TORSIONALEN EDIFICIOSDE VARIOS
NIVELES
- Equivalenciaestáticaentre el análisisenel nivel yenel entrepiso
- Efectodel grado de asimetríaenla distribuciónde cortante.
- Variaciónde larespuestaparaedificiosasimétricosenmasasyen rigidecesparanivelesde
asimetríaequivalentes.
- Respuestade edificiosasimétricosenmasasparadiferentesgradosde asimetría
TERCER SUBTEMA:
ANÁLISISCOMPARATIVODELOSEFECTOS DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICA PORTORSIÓN
- Diferenciasentre larespuestadinámicayestáticade una estructurasometidaauna
mismaexcitación.
- Relaciónenel cortante basal para análisisestáticosydinámicosenedificiosde varios
nivelesyparadiferentesgradosde asimetría.
- Amplificacióndinámicadadounmismonivel de cortante basa.
El análisisde resultadosde losdiferentesaspectosestructuralesabordadoseneste trabajo,conel
finde caracterizar de formaadecuada larespuestasísmicatorsional enedificiosasimétricos,se
presentanlasprincipalesconclusionesyrecomendaciones.Despuéscaracterizarlarespuesta
sísmicatorsional enedificiosasimétricosde analizarlosresultadosde losmodelosde edificios
estudiados,puede concluirse que latendenciapresentadaporlaasimetríaestructural enlaaltura
de losedificios,esconsistente conlosresultadosde estudiosanteriores.Puestoque una
característica comúnen edificiosde variosnivelesasimétricosenrigideces.Otroaspecto
importante observadoesque,al aumentarel pesoenel últimonivel,se presentaunadisminución
enla asimetríaestructural,locual esconsistente conestudiosrealizadosenel intervaloinelástico,
enloscuales,el considerarunafuerzamayoren el últimonivel,disminuye lasdemandasde
ductilidadenlosúltimosentrepisos.Losedificiosasimétricosenrigidecesse observaramás
adelante la consideraciónde valoresextremosde cargavivareglamentariaque modificaranlos
pesosde losniveles,se observaraque lavariaciónque presentaladistribuciónde fuerzaslaterales
resultante,nose modificarasensiblemente y,portanto,tiene pocoefectoenel cálculode la
ubicacióndel CTde entrepiso.Loanteriorimplicaque,apesarde que la formulaciónmatricial
conceptual,el CTdepende,entre otrosfactores,ladistribuciónde cargalateral y losresultados
obtenidosdemostraran principalmente porlaestructuracióndel edificio.
OBJETIVOS DE LAINVESTIGACION
- Entenderlainteracciónentre losedificiosyla infraestructurapúblicaconel subsuelo.
- Preverlas potencialesconsecuenciasde fuertes terremotos enáreasurbanas ysus efectos
enla infraestructura.
- Diseñar,construirymantenerestructurasque resistanalaexposiciónde unterremoto,
más alláde las expectacionesyentotal cumplimientode losreglamentosde construcción.
- Una estructura apropiadamentediseñadanonecesitaserextraordinariamentefuerte o
cara. Las máspoderosasy costosasherramientaspara el diseño sísmicosonlastecnologías
de control de lavibracióny enparticular,el aislamientode labase ocimentación.

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Torsion sismica en edificios asimetricos

  • 1. TORSION SISMICA EN EDIFICIOS ASIMÉTRICOS INTRODUCCIÓN “Los sismos, terremotos o temblores de tierra, son vibraciones de la corteza terrestre, generadas por distintos fenómenos, como la actividad volcánica, la caída de techos de cavernas subterráneas y hasta por explosiones. Sin embargo, los sismos más severos y los más importante desde el punto de vista de la ingeniería, son los de origen tectónico, que se deben a desplazamientos bruscos de la grandes placas en que esta subdividida dicha corteza. Las presione que se generan en la corteza por los flujos de magma desde el interior de la tierra llegan a vencer la fricción que mantiene en contacto los bordes de la placa tectónica, producen caídas de esfuerzos y liberación de enormes cantidades de energía almacenada en la roca. La energía se libera principalmente en forma de ondas vibratorias que se propagan a grandes distancias a través de la roca de la corteza”(Bazan, 2011,p.15). “El factor que mas ha influido en el establecimiento de la practica actual del diseño sismorresistente de edificios, ha sido la experiencia que se ha derivado del comportamiento observado de los diferentes tipos de estructuras que han sufridos sismos severos. La identificación de las características que han dado lugar a fallas ( o por el contario a buen comportamiento) y el análisis de los tipos de daños y de sus causas han contribuido en forma decisiva al entendimiento del comportamiento sísmicos de las estructuras” (Bazan, 2011,p.33). “Por lo anterior, mientras que en el diseño para otras acciones se pretende que el comportamiento de las estructuras permanezca dentro de su intervalo lineal y sin daño aun para los máximos valores que pueden alcanzar las fuerzas actuantes, en el diseño sísmico se reconoce que no es económicamente viable diseñar las edificaciones en general, para que se mantengan dentro de su comportamiento lineal ante el sismo de diseño. El problema se plantea en forma rigurosa como uno de optimación, en que se debe equilibrarse la inversión que es razonable hacer en la seguridad de la estructura con la probabilidad del daño que puede ocurrir. La mayoría de los reglamentos modernos de diseño sísmico establecen como objetivos, por una parte, evitar el colapso, pero aceptar el daño, ante un sismo excepcionalmente severo que se pueda presentar en la vida de la estructura; y, por otra, evitar daños de cualquier tipo ante sismos moderados que tengan una probabilidad significativa de presentarse en ese lapso” (Bazan, 2011,p.38). Cuando una estructura elástica de varios grados que puedan afectar la estructuración del edificio se dice que “sus masas sufren desplazamientos que dependen del tiempo y de la aceleración basal y pueden calcularse resolviendo el sistema de ecuaciones diferenciales.
  • 2. A partir de los desplazamientos se pueden determinar las fuerzas actuantes en los diferentes componentes de la estructura” (Bazan, 2011, p.121). “Con apego a las NTDS, el análisis sísmico de todo debe considerar dos direcciones ortogonales del movimiento del terreno. Para cumplir tal requisito, cuando en el método dinámico se opta por ignorar los giros de los pisos, se tiene que seguir el procedimiento de análisis modal espectral independientemente para cada dirección del sismo, desde el cálculo de periodos y modos de vibraciones, hasta la determinación de las fuerzas cortantes de entrepiso” (Bazan, 2011, p.247). Culminando lo dicho anteriormente se concluye que “en los edificios es usualmente aceptable suponer que las masas están concentradas en los niveles de los pisos y que las fuerzas de inercia importantes son solo las laterales; por ello lo que sigue se limita a tratar este caso, aunque varios conceptos son aplicables a otros sistemas estructurales con masas concentradas cuyos apoyos tengan todos el mismo movimiento” (Bazan, 2011, p.108).
  • 3. PRIMERSUBTEMA: CONSIDERACIONESGENERALESEN EL DISEÑOPORTORSIÓN - Comportamientode unaestructurasometidaaefectosde torsión. - Determinaciónde lascoordenadasdel centrode torsiónporel métodomatricial tridimensionalde Damy. SEGUNDOSUBTEMA: CARACTERIZACIÓN DELA RESPUESTA SÍSMICA TORSIONALEN EDIFICIOSDE VARIOS NIVELES - Equivalenciaestáticaentre el análisisenel nivel yenel entrepiso - Efectodel grado de asimetríaenla distribuciónde cortante. - Variaciónde larespuestaparaedificiosasimétricosenmasasyen rigidecesparanivelesde asimetríaequivalentes. - Respuestade edificiosasimétricosenmasasparadiferentesgradosde asimetría TERCER SUBTEMA: ANÁLISISCOMPARATIVODELOSEFECTOS DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICA PORTORSIÓN - Diferenciasentre larespuestadinámicayestáticade una estructurasometidaauna mismaexcitación. - Relaciónenel cortante basal para análisisestáticosydinámicosenedificiosde varios nivelesyparadiferentesgradosde asimetría. - Amplificacióndinámicadadounmismonivel de cortante basa.
  • 4. El análisisde resultadosde losdiferentesaspectosestructuralesabordadoseneste trabajo,conel finde caracterizar de formaadecuada larespuestasísmicatorsional enedificiosasimétricos,se presentanlasprincipalesconclusionesyrecomendaciones.Despuéscaracterizarlarespuesta sísmicatorsional enedificiosasimétricosde analizarlosresultadosde losmodelosde edificios estudiados,puede concluirse que latendenciapresentadaporlaasimetríaestructural enlaaltura de losedificios,esconsistente conlosresultadosde estudiosanteriores.Puestoque una característica comúnen edificiosde variosnivelesasimétricosenrigideces.Otroaspecto importante observadoesque,al aumentarel pesoenel últimonivel,se presentaunadisminución enla asimetríaestructural,locual esconsistente conestudiosrealizadosenel intervaloinelástico, enloscuales,el considerarunafuerzamayoren el últimonivel,disminuye lasdemandasde ductilidadenlosúltimosentrepisos.Losedificiosasimétricosenrigidecesse observaramás adelante la consideraciónde valoresextremosde cargavivareglamentariaque modificaranlos pesosde losniveles,se observaraque lavariaciónque presentaladistribuciónde fuerzaslaterales resultante,nose modificarasensiblemente y,portanto,tiene pocoefectoenel cálculode la ubicacióndel CTde entrepiso.Loanteriorimplicaque,apesarde que la formulaciónmatricial conceptual,el CTdepende,entre otrosfactores,ladistribuciónde cargalateral y losresultados obtenidosdemostraran principalmente porlaestructuracióndel edificio.
  • 5. OBJETIVOS DE LAINVESTIGACION - Entenderlainteracciónentre losedificiosyla infraestructurapúblicaconel subsuelo. - Preverlas potencialesconsecuenciasde fuertes terremotos enáreasurbanas ysus efectos enla infraestructura. - Diseñar,construirymantenerestructurasque resistanalaexposiciónde unterremoto, más alláde las expectacionesyentotal cumplimientode losreglamentosde construcción. - Una estructura apropiadamentediseñadanonecesitaserextraordinariamentefuerte o cara. Las máspoderosasy costosasherramientaspara el diseño sísmicosonlastecnologías de control de lavibracióny enparticular,el aislamientode labase ocimentación.