2. INGENIERIA SISMO-RESISTENTE
Es la combinación de una serie de conceptos, que
considerados de manera integrada, permiten el
diseño de una construcción capaz de resistir los
efectos de los “sismos razonablemente más
fuertes” que se puedan presentar en el futuro en la
localidad.
3. FILOSOFIA DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
• EVITAR PERDIDAS DE VIDAS HUMANAS
• ASEGURAR LA CONTINUIDAD DE LOS SERVICIOS
BASICOS
• MINIMIZAR LOS DAÑOS A LA PROPIEDAD
4. PRINCIPIOS DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
• LA ESTRUCTURA NO DEBERIA COLAPSAR, NI
CAUSAR DAÑOS GRAVES A LAS PERSONAS
DEBIDO A MOVIMIENTOS SISMICOS SEVEROS
QUE PUEDEN OCURRIR EN EL SITIO
• LA ESTRUCTURA DEBERIA SOPORTAR
MOVIMIENTOS SISMICOS MODERADOS, QUE
PUEDAN OCURRIR EN EL SITIO DURANTE SU
TIEMPO DE SERVICIO, EXPERIMENTANDO
POSIBLES DAÑOS DENTRO DE LOS LIMITES
ACEPTABLES
5. ORIGEN DE LOS SISMOS
• ZONAS DE SUBDUCCION, correspondientes a los límites
del choque entre dos placas en las cuales una de las placas
se desliza por encima de la otra; en este caso la placa inferior
hace desaparecer el material que fue creado en las dorsales
marinas.
También se les llama sismos interplaca
6. ORIGEN DE LOS SISMOS
• ZONA DE BENIOFF DE LA PLACA SUBDUCIDA. Es
complementario al de subducción. Al subducirse la placa,
penetra hacia el interior terrestre con una inclinación
gobernada por las condiciones regionales; en general el
buzamiento varía entre un mínimo de 10 a 15º, hasta un
máximo superior a 45º
7. . FALLAMIENTOS GEOLOGICOS ACTIVOS EN EL
INTERIOR DE UNA PLACA TECTONICA. Las fallas
desempeñan el papel de fusibles en los mecanismos
tectónicos
Las fallas normales se
producen en áreas donde las
rocas se estan separando
(fuerza tractiva), de manera
que la corteza rocosa de un
área específica es capaz de
ocupar más espacio.
La rocas de un lado de la falla
normal se hunden con
respecto a las rocas del otro
lado de la falla
Las fallas inversas
ocurren en áreas donde las
rocas se comprimen unas
contra otras (fuerzas de
compresión), de manera
que la corteza rocosa de
un área ocupe menos
espacio.
La roca de un lado de la
falla asciende con respecto
a la roca del otro lado
Falla de transformación
(de desgarre)
El movimiento a lo largo de
la grieta de la falla es
horizontal, el bloque de roca
a un lado de la falla se
mueve en una dirección
mientras que el bloque de
roca del lado opuesto de la
falla se mueve en dirección
opuesta.
8. • SISMOS INTRAPLACA, que ocurren en los interiores de las
placas, lejos de sus contornos y de las zonas de falla. Probablemente se
originan por la liberación de esfuerzos residuales que se acumularon en
procesos cinemáticos antiguos o en ciclos de derivas continentales
anteriores al que actualmente se desarrolla (que tiene unos 200 millones
de años de evolución). Este tipo de sismos resultan preocupantes porque
pueden afectar ciudades cuyas construcciones no tuvieron en cuenta la
acción sísmica
9. • LA ACTIVIDAD VOLCANICA, que en general produce
sismos de baja magnitud, aunque en erupciones
extraordinarias puede producir sismos cuya intensidad
sea lo suficientemente elevada como para producir
daños en construcciones cercanas al volcán
10. • LA ACTIVIDAD HUMANA, como la explosión de
bombas atómicas, grandes cargas de dinamita o
simplemente el derrumbe de galerías remanentes de la
actividad minera
11. PRINCIPIOS DE SISMOLOGIA
• FOCO = HIPOCENTRO
• h – profundidad del foco
• Δ – distancia epicentral
• K – distancia hipocentral
• Foco superficial
(h≤60km)
• Foco intermedio
(60<h<350km)
• Foco profundo
(h≥350km)
12. ONDAS SISMICAS
Desde el foco hasta la superficie se transmiten las ondas
internas : onda longitudinal o de compresión (P) y onda
transversal o de corte (S)Como refracción de las ondas internas
en la superficie del terreno, surgen las ondas superficiales:
Ondas Love (corte en el plano de la superficie terrestre) y
Ondas Rayleigh (análogas a las olas del agua)
13. Onda P (primary wave – onda primaria) origina
deformaciones en tracción-compresión en la dirección de la
normal del movimiento de la onda y posee la mayor
velocidad de propagación, que se determina así:
donde ρ,E,ν – densidad, módulo de Young y coeficiente de
Poisson
Onda S (secondary wave – onda secundaria) se caracteriza
por el desplazamiento de partículas del medio en la
dirección perpendicular al movimiento frontal de la onda. Su
velocidad de propagación es:
14. La velocidad de propagación de la onda transversal es
menor que la onda longitudinal y su relación es mayor que
uno y depende únicamente del coeficiente de Poisson del
material del medio
La onda transversal está compuesta por dos ondas, una
de ellas polarizada en el plano vertical (onda SV – vertical
secondary), y la segunda en el plano horizontal (onda SH –
horizontal secondary)
15. • La velocidad de propagación
de las ondas superficiales
Rayleigh es menor que las
velocidades de propagación
de las ondas P y S
• Las ondas Rayleigh tienen la mayor parte de energía
del sismo y ocasionan daños en la superficie terrestre,
siendo la causa principal de colapsos estructurales en
edificaciones
• Las ondas Love surgen en medios compuestos, por
ejemplo en medios de dos capas con diferentes
parámetros de densidad del material, con la condición
que la velocidad de propagación de las ondas
transversales en el estrato superior es menor que en el
estrato inferior
16. MEDICION DE LOS SISMOS
• La característica principal del sismo es su
INTENSIDAD, siendo obtenida de dos formas:
instrumental y descriptiva (basado en resultados de
daños estructurales, suelos, cambios
hidrogeológicos y otros)
• Como base instrumental se da el concepto de
MAGNITUD, propuesta por Richter y teóricamente
fundamentada por Gutemberg
• La magnitud del sismo se determina por la fórmula:
20. Respuesta sísmica de estructuras con
masas concentradas:
¤ Losa rígida en su propio
plano.
¤ Desplazamientos horizontales
de todos los nudos en un nivel
de la estructura están
relacionados con tres gdl de
cuerpo rígido, dos componentes
de desplazamiento horizontal y
una rotación alrededor del eje
vertical.
31. Donde Z – zona sísmica, U – categoría de la edificación,
S – tipo de suelo, C – factor de amplificación sísmica,
R – coeficiente de reducción de fuerzas
Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo
P
R
ZUCS
V
T
T
C
p
5
,
2 5
,
2
C
FUERZA CORTANTE EN LA BASE
32. Aceleración máxima del suelo firme con una
probabilidad de 10% de ser excedida en 50
años
Factor de Zona
33.
34.
35. Depende de la categoría de la edificación,
incrementando la aceleración espectral de
diseño, en función a las pérdidas que podría
ocasionar su colapso
Factor de Uso e Importancia
CATEGORIA DESCRIPCION U
A Esenciales 1.5
B Importantes 1.3
C Comunes 1.0
D Menores *
36.
37. Se define de acuerdo a las condiciones de sitio y se interpreta
como el factor de amplificación de la respuesta estructural
respecto a la aceleración en el suelo
Coeficiente de Amplificación Sísmica
T
T
C
p
5
,
2 5
,
2
C
Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo
38. Se define tomando en cuenta las propiedades mecánicas del
suelo, el espesor del estrato, el periodo fundamental de
vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte
Factor de Suelo
TIPO DESCRIPCION Tp (seg) S
S1 Roca o suelos muy rigidos 0.4 1.0
S2 Suelos intermedios 0.6 1.2
S3 Suelos flexibles 0.9 1.4
S4 Condiciones excepcionales * *
39.
40.
41. Los sistemas estructurales se clasifican según
los materiales usados y el sistema de
estructuración sismorresistente predominante
en cada dirección
Factor de Reducción de Solicitaciones Sísmicas
62. 1. Modelos de cálculo
2. Formas y frecuencias libres
3. Amortiguación de vibraciones
4. Curvas de resonancia
5. Perturbaciones armónicas
6. Pulsaciones del viento
7. Sísmica
DINAMICA ESTRUCTURAL
63. 1. Modelos de cálculo
El esquema de cálculo, con el cual se describe la
resistencia elástica de la estructura en el proceso de
análisis de la reacción dinámica de la edificación,
habitualmente es el mismo que el modelo estático. Es
sobreentendido, que en tal esquema se le adicionan las
características inerciales y datos de las fuerzas de
resistencia al movimiento; además en forma más
detallada se describen las acciones externas, las cuales
pueden ser dadas como ciertas funciones del tiempo.
En los problemas de dinámica estructural, la principal
intriga es la interacción e influencia mutua de la fuerza
elástica (rigidez del edificio) y las fuerzas inerciales.
64. Masas
En los cálculos dinámicos es necesario analizar las
diferentes formas de distribución de masas en la estructura,
que surgen del sistema de cargas, sometidas a cargas
temporales o de larga duración.
Como es conocido se efectúa el metrado de cargas y se
obtendrán las masas a nivel de pisos, las cuales se
transforman en masas dinámicas y pueden ser aplicadas en
el centro de gravedad de la losa, en los nudos del pórtico
espacial, en las vigas, etc.
65. 2. Formas y frecuencias libres
2.1. Número de formas y frecuencias a considerar
Se tiene una regla empírica, que indica para
sistemas con n grados de libertad dinámicos, es
necesario calcular las n/2 primeras formas y
frecuencias de vibraciones libres.
Según la Comisión de energía atómica de los
EEUU en calidad de formas y frecuencias de
vibraciones libres, se exigen el doble de los
grados de libertad dinámicos.
66. Según las normas internacionales se recomienda un
determinado número de formas de vibración libre, por
ejemplo en la Norma Rusa SNIP II-7-81 — no menor de
10 formas para estructuras de concreto y no menor de
15 formas para presas de tierra.
Estas normas están más orientadas a esquemas
sencillos, que es necesario un número pequeño de
formas de vibración. Para esquemas complicados es
necesario usar un mayor número de formas de
vibración libre.
Las normas americanas exigen, que para el cálculo
sísmico la suma de las masas generalizadas por las
formas de vibración libre, no sean menor que el 90% de
la masa total del sistema.
67. 2.2. Frecuencias libres
Todas las formas, correspondientes a las frecuencias
libres de vibración, deben considerarse al mismo
tiempo.
68. 2.3. Formas de torsión
A veces se encuentra que la primera forma de
vibración libre es la de torsión.
Si la forma principal es el tipo de
desplazamiento (deformación),
entonces la forma de torsión es muy
probable.
69. 3. Amortiguación 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 logarítmico d
caracteriza el
amortiguamiento de la
vibración y es igual al
logaritmo natural de la
relación de la amplitud con
el intervalo en un período.
En vibraciones forzadas, el decremento logarítmico se expresa a
través del coeficiente de absorción y E*/E (E* - energía de
absorción; E – energía potencial) por la fórmula d y/2.
70. 4. Curvas de resonancia
La fuerza perturbadora armónica р = р0sin t – es
mejor y está dado por el incremento de la frecuencia
de las vibraciones libres.
71. Para edificaciones comunes, el efecto de influencia de
las pulsaciones del viento son relativamente pequeñas.
En cambio para edificios altos es muy notorio. Una
orientación nos da el Eurocódigo, que para el cálculo de
edificaciones el coeficiente dinámico se determina por
los siguientes gráficos
CONCRETO ARMADO ACERO
73. ANALISIS SISMICO DINÁMICO
CON DIAFRAGMA RÍGIDO
Traslacional (1 g.d.l. por
nivel)
-Espectral
-Paso a paso (time-history)
Con 3 g.d.l. por
nivel
- Espectral
- Time-history
74. ANALISIS ESPECTRAL POR LA
NORMA PERUANA E030-2006
Donde Z – zona sísmica, U – categoría de la edificación,
S – tipo de suelo, C – factor de amplificación sísmica,
g=9,81m/s2, R – coeficiente de reducción de fuerzas
Siendo Tp – período correspondiente al perfil de suelo
R
ZUSCg
Sa
T
T
C
p
5
,
2 5
,
2
C
78. Modo 4 (4)
Modo 2 (2)
Modo 3 (3)
Modo 1 (1)
Modo 5 (5)
[ k – wn^2*m] (n) = 0
ANALISIS MODAL
79. Es muy importante elegir el número de formas de
vibración libre. Sucede que las primeras formas de
vibración no influyen en el cálculo, sino las superiores
96. El marco rigidizado con diagonales de contraviento, con
núcleos rígidos o con muros de relleno. En estas
estructuras la interacción entre los dos sistemas básicos
produce una distribución de las cargas laterales que es
compleja y variable con el numero de pisos, pero que de
lugar a incrementos sustanciales de rigidez y resistencia
con respecto a la estructura a base de marcos
