UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO. FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA HORMIGON III GRUPO Nº 6 TEMA: COEFICIENTE SISMICO INTEGRANTES: BRAVO VILLACRES, PAOLA JACKELINE GUTIERREZ ALMACHI, LISSETH KARINA LAGLA JAQUE, WILMER ANIBAL PAREDES, DANIEL ALEJANDRO RUGEL BALSECA, PAOLA ALEXANDRA SALAZAR VACA, MARIA VICTORIA SANCHEZ HURTADO, JORGE LUIS NOVENO SEMESTRE PARALELO: “A”
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO.
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA
HORMIGON III
GRUPO Nº 6
TEMA: COEFICIENTE SISMICO
INTEGRANTES:
BRAVO VILLACRES, PAOLA JACKELINE
GUTIERREZ ALMACHI, LISSETH KARINA
LAGLA JAQUE, WILMER ANIBAL
PAREDES, DANIEL ALEJANDRO
RUGEL BALSECA, PAOLA ALEXANDRA
SALAZAR VACA, MARIA VICTORIA
SANCHEZ HURTADO, JORGE LUIS
NOVENO SEMESTRE
PARALELO: “A”
MODULO DE HORMIGON III / ING. JORGE CEVALLOS / NOVENO SEMESTRE “A” / COEFICIENTE SISIMICO / BRAVO VILLACRES, Paola Jackeline – GUIERREZ ALMACHI, Karina Lisseth – LAGLA JAQUE, Wilmer Anibal - RUGEL BALSECA, Paola Alexandra - SALAZAR VACA, María Victoria – SANCHEZ HURTADO, Jorge Luis
1.-TEMA: COEFICIENTE SISMICO
2.-OBJETIVO GENERAL:
Definir los diferentes componentes del Coeficiente sísmico.
3.-OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Dar a conocer cómo afecta a una fuerza vertical a la estructura(Corte
Basal)
Exponer los parámetros que causa la deriva de piso en una
estructura.
Explicar los efectos secundarios que se presentan al aplicar las
fuerzas horizontales en la misma.
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4.-INTRODUCCION
En el momento que menciona un edificio de Hormigón Armado está compuesto
por estructuras a porticadas y estas a su vez están sometidas:
Cargas verticales :
Cargas horizontales:
Además dicha estructura depende de su altura, su zona sísmica en donde la
respuesta global-local esta determina por acción de la excitación sísmica, la que a
su vez debe ser compuesta con las cargas gravitacionales, para de este modo
obtener los elementos estructurales de la misma
Factor de Importancia: Va depender directamente de las características de
utilización de nuestra estructura. Se analizará de acuerdo a lo establecido en el
código Ecuatoriano de la construcción.
Regularidad en Planta y Regularidad en elevación. Se debe diseñar en lo
posible estructuras regulares en planta y en elevación para disminuir las fallas
frecuentes que se producen durante un sismo.
Edificaciones que presentan columna corta, piso blando, edificio abierto y falta
de estribos usualmente causan graves problemas ante la ocurrencia de un sismo
La respuesta de una estructura ante un sismo dependerá directamente de las
características dinámicas (frecuencia propia vibración-amortiguamiento) de la
misma.
Peso Propio De sus elementos
La sobrecarga de uso
Cargas Accidentales
Viento
Sismo
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Además se debe tomar en cuenta que la predicción de un suceso sísmico en
la vida útil de la estructura es incierta, pero siempre se toma un margen de
protección.
NIVEL DE RESPUESTA ESPERADO PARA LA ESTRUCTURA
Para cargas gravitatorias pueden ser determinadas en base: la ecuación
de frecuencia de la excitación vs. Daño esperado.
Para Solicitaciones Sísmicas depende directamente del país y del
Reglamento que considere aceptable
Visión 2000 estable 4 estados límites:
Estados Límite de Servicio (Requerimiento de Rigidez): Donde la
ocurrencia de sismos son frecuentes no debería influir en el habitual
funcionamiento de dicha estructura, lo cual significa que no deberían
ocurrir daños a la Estructura, ni a los componentes no estructurales
Estado Límite de Control de Daños: Si dicha estructura sufre un
sismo ocasional, se puede tolerar cierto nivel de Daño, donde
económicamente es aceptable su reparación.
Estado Limite Ultimo (Suficiente Ductilidad): Para el caso de
sismos muy severos, donde sufra daños generalizados, donde no
justamente significa un colapso.
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El método más empleado para determinar el efecto sísmico conocido como:
Fuerzas Horizontales Estáticas Equivalente
Por el método estático
Este método es una simplificación del cálculo dinámico, pero solo es
aplicable para estructuras que presentan regularidad (planta –elevación).
En los demás casos, el cálculo dinámico (irregularidad) es el opcional en
vista de que permitirá detectar problema de concentraciones de esfuerzos
debido a la presencia de sus irregularidades
Si bien es cierto el fenómeno sísmico es dinámico, pero como interviene el
tiempo se lo considera como una acción estática.
El código permite la utilización de otros procedimientos de cálculo como:
- Análisis no lineales ,estáticos o dinámicos(Conocimientos Avanzados
Dinámica Estructural e Ingeniería Sísmica)
Se debe tomar en cuenta la distribución de masas y rigideces de todos los
elementos estructurales
Secciones Agrietas para evitar las fallas en las estructuras.
Inercias Agrietadas de los Elementos Estructurales
Para vigas (considerando la contribución de las losas, cuando fuera
aplicable)
0,5 Ig
Para Columnas 0,8 Ig
Para muros Estructurales 0,6 Ig
Para el caso de estructuras de mampostería, para muros con relación
altura total/ longitud mayor a 3
0,5 Ig
Para muros con relación altura / longitud entre 1,5 y 3 0,5-1,5 Ig
Sección 2.7.1.2.1 NEC 2011
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DETERMINACION DE CARGAS Y UN PRE-DIMENSIONAMIENTO
La fuerza sísmica es proporcional al W de la Estructura, entonces debemos
calcular el peso del mismo (cargas verticales c/nivel, las cargas que recibirán las
vigas estas a su vez a las columnas
PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA:
Para el cálculo de fuerzas laterales de diseño, a más del W propio de la estructura
hay que añadir todos los pesos presentes (contenido), en condiciones de
operación máxima.
El peso del edificio se calcula por:
Donde:
G = peso propio
L = carga accidental o sobrecarga de uso.
n = factor de simultaneidad o de participación de las sobrecargas de
servicio (porcentaje según el destino del local) con estos valores:
Los pesos de los elementos emergentes se adicionara a la carga gravitatoria de
dicho último nivel, claro está que no supere el 25% de la carga del mismo.
0,00 Techos inaccesibles, azoteas.
0,25 Departamentos, Oficinas, hoteles.
0,50 Archivos, Teatros, Cines, escuelas.
0.75 Depósito de mercaderías, edificio de cocheras, archivos.
1,00 Tanques, Silos
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FORMAS DE ESPECIFICAR LA ACCIÓN SISMICA
Mediante Coeficiente Sísmico horizontales y verticales, aplicables a los
pesos de las diversas partes en que se ha considerado dividirlo el sistema
para su análisis.
Una estructura dúctil presenta aceleraciones absolutas inferiores (también-
esfuerzos menores) a las producidas en comportamiento lineal, elástico y
esto conduce a secciones de menor dimensión.
Coeficiente Sísmico
El índice de estabilidad Qi, para el piso i y en la dirección bajo estudio, puede
calcularse por medio de la ecuación:
En donde:
Qi = índice de estabilidad del piso i, es la relación entre el momento de
segundo orden y el momento de primer orden.
Pi = suma de la carga vertical total sin mayorar, incluyendo el peso muerto
y la sobrecarga por carga viva, del piso i y de todos los pisos localizados
sobre el piso i
Δi = deriva del piso i calculada en el centro de masas del piso.
Vi = cortante sísmico del piso i
hi = altura del piso i considerado
Tabla de Índices de estabilidad (Efectos P-Δ) de Piso
Coeficiente Sísmico Descripción
θj>0,3 Estructura inestable, debe rigidizarse.
0,1< θj <0,3 Uso del factor fP.D
θj <0,1 No hay problema
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El índice de estabilidad de cualquier piso (Qi) no debe exceder el valor de
0.30
Los efectos P-Δ no necesitan ser considerados cuando el índice de
estabilidad Qi, es menor a 0.10.
En la segunda condición, hay que multiplicarlas cargas laterales con el
factor de mayo ración de los efectos P-Δ
El Diseño Basado en Fuerzas
En donde la determinación de las fuerzas sísmicas de Diseño Mínimas y Efectos
relacionadas
Las estructuras deben diseñarse para resistir fuerzas sísmicas provenientes
de cualquier dirección horizontal. Debe asumirse que las fuerzas sísmicas
de diseño actúan de manera no concurrente en la dirección de cada eje
principal de la estructura.
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En el análisis sísmico se realiza 3 controles de análisis:
DERIVA DE PISO
CORTE BASAL
EFECTOS P-Δ
DERIVA DE PISO
La deriva de piso es el desplazamiento lateral relativo de un piso con respecto al
piso consecutivo debido a la acción de una fuerza horizontal mismo que es medido
en dos puntos ubicados en la misma línea vertical de la estructura.
DESPLAZAMIENTO TOTAL
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ΔM = 0.75 RΔE
FORMULA SEGÚN NEC 2011:
El valor ΔM máxima inelástica debe calcularse mediante:
Dónde:
R= factor de reducción de resistencia
ΔE= no puede usar los valores establecidos en la Tabla 2.14
[NEC 2011-Cap.10-pag.57]
FACTOR DE REDUCCIÓN DE RESPUESTA PARA ESTRUCTURAS DIFERENTES A LAS DE
EDIFICACIÓN
Las fuerzas sísmicas mínimas de diseño descritas se han establecido a un nivel
tal, necesario para producir desplazamientos sobre modelos elásticos de
estructuras empotradas en su base, comparables con los desplazamientos
esperados en estructuras reales sometidas al sismo de diseño.
Se permite una reducción de estas fuerzas mediante el factor R (Tabla 2.15)
cuando el diseño de este tipo de estructuras provea de suficiente resistencia y
ductilidad a las mismas, de manera consistente con la filosofía de diseño y las
especificaciones de la presente norma
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ΔM = R ΔE
Valores del coeficiente de reducción de respuesta estructural R
Reservorios y depósitos, incluidos tanques y esferas presurizadas, soportados mediante Columnas o soportes arriostrados o no arriostrados.
2
Silos de hormigón fundido en sitio y chimeneas que poseen paredes continúas desde la cimentación.
3.5
Estructuras tipo cantiléver tales como chimeneas, silos y depósitos apoyados en sus bordes.
3
Naves industriales con perfiles de acero. 3
Torres en armadura (auto-portantes o atirantadas) 3
Estructuras en forma de péndulo invertido 2
Torres de enfriamiento. 3.5
Depósitos elevados soportados por una pila o por apoyos no arriostrados. 3
Letreros y carteleras. 3.5
Estructuras para vallas publicitarias y monumentos. 2
Otras estructuras no descritas en este documento. 2
Tabla 2.15. Factor de reducción de respuesta R para estructuras diferentes a las de edificación (NEC Cap. 2)
FORMULA SEGÚN CEC 2002:
El valor de ΔM debe calcularse mediante:
Se hace referencia a la siguiente tabla: [CEC 2002-pag.31]
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Tabla 7. Valores del corficiente de reduccion de repuesta estructural R
Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado
con vigas descolgadas o de acero laminado en caliente.
10
Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado
con vigas banda y muros estructurales de hormigón armado (sistemas
duales).
10
Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes, de hormigón armado
con vigas descolgadas y diagonales rigidizadoras.*
10
Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes de hormigón armado
con vigas banda y diagonales rigidizadoras. *.
9
Sistemas de pórticos espaciales sismo-resistentes de hormigón armado
con vigas banda.
8
Estructuras de acero con elementos armados de placas o con elementos
de acero conformados en frío. Estructuras de aluminio.
7
Estructuras de madera 7
Estructura de mampostería reforzada o confinada 5
Estructuras con muros portantes de tierra reforzada o confinada 3
[CEC 2002-pag.32]
*.Cuando se utiliza diagonales, se debe verificar que los elementos en tensión
cedan antes que los elementos en compresión,
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Tabla 9.Factor de reducción de respuesta R para estructuras diferentes a las edificaciones.
Tipos de estructuras R
Reservorios y depósitos, incluidos tanques y esferas, soportadas mediante
columnas o soportes arriostrados o no arriostrados.
3
Silos de hormigón fundidos en sitio y chimeneas que poseen paredes continuas
desde la cimentación
5
Estructuras tipo cantiléver tales como chimeneas, silos y depósitos apoyados en
sus bordes
4
Torres en celosía(auto portantes o atirantadas) 4
Estructuras en forma de péndulo invertido 3
Torres de enfriamiento 5
Depósitos elevados soportados por un pila o por apoyos no arriostrados 4
Letreros y carteleras 5
Estructuras para vallas publicitarias y monumentos 3
Otras estructuras no descritas en este código 3
Además el ΔM no debe superar los valores establecidos en la Tabla 2.8
[CEC 2002-pag.32]
Tabla 2.8. Valores de M máximos, expresados como fracción de la altura de piso
ΔM máxima
0,02
0,01
Hormigón armado, estructuras metálicas y de madera
De mampostería
ESTRUCTURAS DE
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NECESIDAD DE CONTROLAR LA DERIVA DE PISO:
La deriva está asociada con los siguientes efectos durante un temblor:
a. Deformación inelástica de los elementos estructurales y no estructurales
b. Estabilidad global de la estructura
c. Daño de los elementos estructurales que no hacen parte del sistema de
resistencia sísmica y de los elementos no estructurales, tales como muros