REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALPOLITCNICA DE LA
FUERZA ARMADAUNEFANUCLEO-GUANARE
MTODOS DE ANLISIS SSMICO
PROFESORA: BACHILLERES:Ing. Gnesis Mejas Oscar Valladares CI:
18.705.534Jhosian Salazar CI: 20.555.660Mara Len CI:
24.017.095Yovanny Valderrama CI: 25.520.946Mariana Infante
CI:Anderson Zambrano CI: Junior Fernndez CI: GUANARE, JULIO
2015.INDICEINTRODUCCIN Pg.Anlisis Ssmico......4-5Anlisis de Mtodo
Ssmico.....5-6Anlisis Esttico..6Anlisis Dinmico Plano....6
Anlisis Dinmico Espacial...6-7
Anlisis Dinmico Espacial Con Diafragma Flexible.7-8
Otros Mtodos De Anlisis8
Aspectos importantes a considerar para el anlisis
ssmico.9-10
Peso de la Edificacin.....10
Centro De Masa..10-11
Cortante Basal.11-12
Modelo de Anlisis.
Centro de Rigidez..
Dentro del Anlisis del Mtodo Ssmico cabe resaltar los siguientes
criterios de Estructuracin y Diseo...Estructuracin
Sismorresistentes..ANEXOS..CONCLUSIN...BIBLIOGRAFAINTRODUCCINEl
hombre ha aprendido desde que tiene uso de razn a temer los
movimientos telricos apreciando su intensidad en forma cualitativa
con relacin a los daos y pnico que estos causan.El fenmeno sismo se
ha ido transformando as en una amenaza de importancia creciente en
la medida en que las reas urbanas han crecido y se han hecho ms
densas. Es por ello que las soluciones constructivas ms duraderas
han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del
uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro
planeta, deben incluirse las acciones ssmicas.Hasta hace poco, las
soluciones adoptadas para resistir las acciones ssmicas se
desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los
terremotos en las construcciones, sin el apoyo terico de causas y
caractersticas de los sismos, ni de informacin cuantitativa sobre
la naturaleza de los movimientos del terreno; las soluciones
constructivas, con muros de 4 y 5 m de grosor, bvedas de 60 cm de
espesor, contrafuertes, columnas de esbeltez reducida, etc., fue el
resultado de un proceso de prueba y error durante los siglos XVI,
XVII y parte del XVIII.Por esta razn, se hace necesario contar con
los instrumentos necesarios que nos ayuden a prevenir, este tipo de
eventos, en el supuesto aceptado que las construcciones deben
soportar aceptablemente los sismos ms severos; y sin mayores daos,
los sismos moderados que con ms frecuencia deben presentarse
durante la vida til de las edificaciones. Existe por este motivo,
una necesidad importante de mitigar los efectos destructivos de los
terremotos, mejorando las tcnicas adecuadas de diseo y en
particular, dando a conocer la importante y cuantiosa informacin
experimental, terica y prctica existente en medios de investigacin
de diseo sismorresistente.La Ingeniera ssmica, es una disciplina
nueva que involucra la combinacin de una serie de disciplinas
variadas y complejas, cmo la sismologa, la dinmica estructural y de
suelos, el anlisis estructural, la geologa, la mecnica de los
materiales, etc.; que de manera integrada permiten el diseo de
obras capaces de resistir los sismos ms severos que puedan
presentarse en el futuro de una determinada zona.
Anlisis SsmicoEl anlisis ssmico de la edificacin tiene como
objetivo encontrar las fuerzas y momentos internos debidos a la
carga ssmica, en cada uno de los elementos del sistema estructural
para luego proceder al diseo. En el mtodo ssmico, el movimiento del
suelo consecuente a un impulso elstico (originado tramite golpes en
el suelo, vibraciones o explosivo) origina ondas acsticas que son
registradas a travs de gefonos conectados un sismgrafo multicanal.
En cuanto a ssmica se refiere, existen dos metodologas principales:
Anlisis esttico, basada en la observacin de los tiempos de llegada
de los primeros movimientos del terreno en diversos sitios,
generados por una fuente de energa especfica en un sitio
determinado. El conjunto de datos obtenido en la adquisicin de
datos consiste de registros de tiempo versus distancia. Estas
series son interpretadas en trminos de la profundidad a interfaces
entre capas de suelo y de las velocidades de propagacin de la onda
P (o S) en cada capa. Estas velocidades estn controladas por los
parmetros elsticos que describen el material. Anlisis dinmico, el
anlisis est basado en la energa de las vibraciones despus de
iniciado el movimiento del suelo. Especficamente el estudio se
concentra en los movimientos del terreno inducidos por la reflexin
de las ondas, en las diferentes interfaces de capas, que han sido
generadas en un sitio especfico. En la reflexin se extrae
informacin del subsuelo estudiando la amplitud y forma de los
movimientos del terreno.El efecto de un sismo sobre una estructura
puede incluirse en uno de los siguientes conceptos:1. Daos
Imperceptibles2. Daos ligeros en acabados3. Daos ligeros en las
estructuras4. Daos graves en las estructuras5. Falla de la
estructura.
El riesgo ssmico implica un problema nico de Ingeniera de Diseo,
ya que un sismo intenso constituye la carga ms severa a que la
mayora de las estructuras pueden estar sujetas, pero una vez que
esto haya sido tomado en cuenta, la probabilidad de que cualquier
estructura pueda ser afectada por un sismo importante ser mnima. El
enfoque ptimo frente a sta combinacin de condiciones, desde el
punto de vista de la Ingeniera, es disear la estructura de tal
manera que se evite el colapso ante el sismo ms severo posible,
asegurando con ello la vida humana; pero aceptando la posibilidad
de dao sobre la base de que es menos caro, reparar o reemplazar las
estructuras afectadas por un sismo fuerte, que construir cada una
de ellas lo suficientemente resistentes para evitar daos.
Obviamente este concepto de diseo enfrenta al Ingeniero estructural
con un verdadero desafo: lograr un diseo econmico que sea
susceptible al dao ssmico, pero que al mismo tiempo no llegue al
colapso total, an ante el sismo ms severo posible.
Anlisis de Mtodo Ssmico
En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a
acciones ssmicas, es fundamental entender su comportamiento
probable: cmo se va a deformar, cules son sus regiones crticas y,
sobre todo, evitar fallas prematuras que limiten la reserva
resistente de la estructura. En aquellos casos donde sea previsible
que la estructura entre en el rango inelstico, debe garantizarse
una conducta dctil.El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha
sido la causa de daos importantes y fallas prematuras de
edificaciones de varias plantas, en especial cuando estas se
encuentran a diferente nivel. Los grandes paos de pared de
mampostera no reforzada deben evitarse, pues se ha demostrado en
mltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas
ssmicas intensas.A diferencia de otras sobrecargas, los sismos
generan acciones dinmicas de signo alternante; es decir, las
oscilaciones de la edificacin durante su respuesta, superponen a
las solicitaciones debidas a la gravedad, otras de signo alternante
(pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o fuerzas
cortantes).Es importante tener presente la filosofa adoptada en el
diseo sismorresistente de la gran mayora de las edificaciones y
obras de ingeniera existentes en reas urbanas. Esta puede resumirse
en la forma que se anota a continuacin:La filosofa del diseo
sismorresistente consiste en:
Evitar prdidas de vidas Asegurar la continuidad de los servicios
bsicos Minimizar los daos a la propiedad.Se reconoce que dar
proteccin completa frente a todos los sismos no es tcnica ni
econmicamente factible para la mayora de las estructuras. En
concordancia con tal filosofa se establecen en esta Norma los
siguientes principios para el diseo:
a. La estructura no debera colapsar, ni causar daos graves a las
personas debido a movimientos ssmicos severos que puedan ocurrir en
el sitio.b. La estructura debera soportar movimientos ssmicos
moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de
servicio, experimentando posibles daos dentro de lmites
aceptables.
Los mtodos de anlisis ssmico se clasifican de la siguiente
manera:
Cada edificacin deber ser analizada tomando en consideracin los
efectos traslacionales y torsionales, por uno de los mtodos
descritos a continuacin, los cuales han sido organizados por orden
creciente de refinamiento.
Anlisis EstticoLos efectos traslacionales se determinan con el
Mtodo Esttico Equivalente. Los efectos torsionales se determinan
con el Mtodo de la Torsin Esttica Equivalente.
Anlisis Dinmico PlanoLos efectos traslacionales se determinan
segn el Mtodo de Superposicin Modal con un Grado de Libertad por
nivel. Los efectos torsionales se determinan con el Mtodo de la
Torsin Esttica Equivalente.El anlisis dinmico de estructuras se
refiere al anlisis de las pequeas oscilaciones o vibraciones que
puede sufrir una estructura alrededor de su posicin de equilibrio.
El anlisis dinmico es importante porque ese movimiento oscilatorio
produce una modificacin de las tensiones y deformaciones
existentes, que deben tenerse en cuenta por ejemplo para lograr un
diseo ssmico adecuado.
Anlisis Dinmico EspacialLos efectos traslacionales y los efectos
torsionales se determinan segn el Mtodo de Superposicin Modal con
Tres Grados de Libertad por nivel. Conceptuado fundamentalmente
para el anlisis de edificaciones irregulares o edificaciones, que
siendo regulares, sean excesivamente altas.
Anlisis Dinmico Espacial Con Diafragma FlexibleLos efectos
traslacionales y los efectos torsionales se determinan segn lo
indicado en el Artculo 9.7 en el cual se incluye la flexibilidad
del diagrama.
Otros Mtodos De AnlisisEn el Artculo 9.8 se presenta un mtodo
alternativo a los mtodos anteriormente descritos, recomendables
para el caso de estructuras no tipificadas en esta Norma.
En el Artculo 9.9 se presenta un procedimiento de anlisis
esttico inelstico que puede ser utilizado opcionalmente en conjunto
con los mtodos de anlisis descritos previamente.Los principales
procedimientos de anlisis ssmico son los siguientes:a) Anlisis
estticos lineales. Conocidos como Estticos Equivalentes.b) Anlisis
dinmicos lineales. Se usan de dos tipos: Tiempo Historia. Cuando se
usan registros de aceleracin y las respuestas estructurales se
conoces a lo largo de toda la duracin del evento ssmico. Espectro
de respuesta. Cuando se trabaja con los espectros obtenidos de los
registros de aceleracin, combinando los aportes de cada modo, a fin
de obtener un valor representativo de la respuesta, ya que la falta
de simultaneidad de las mximas respuestas en cada modo de vibracin
implica la necesidad de combinarlas adecuadamente.c) Anlisis
esttico no lineal. Ms conocido como push-over, cuya principal
caracterstica es la de usar sistemas equivalentes de un grado de
libertad, para modelar una estructura de mltiples grados de
libertad y que nicamente nos permiten apreciar respuestas globales
de la estructura.d) Anlisis dinmico no lineal. Cuando conociendo
las propiedades de los materiales constructivos de nuestra
estructura y de los elementos de los sistemas estructurales,
hacemos uso de registros de aceleracin, en un cierto nmero de
ellos, para predecir las respuestas de nuestro sistema,
generalmente las basadas en desplazamientos. En general, pueden
establecerse como objetivos del diseo ssmico:
1. Evitar que se exceda el estado lmite de servicio para sismos
de intensidad moderada que pueden presentarse varias veces en la
vida de la estructura.
2. Que el estado lmite de integridad estructural no se exceda
para sismos severos que tienen una posibilidad significativa de
presentarse en la vida de la estructura.3. El estado lmite de
supervivencia no debe excederse ni para sismos extraordinarios que
tengan una muy pequea probabilidad de ocurrencia. Para la
realizacin de un anlisis ssmico es necesario considerar las
siguientes etapas:
a) La seleccin de un sistema estructural adecuado. Capaz de
absorber y disipar la energa introducida por el sismo.b) El anlisis
ssmico. Determinacin del modelo analtico ms representativo de la
estructura real.c) El dimensionamiento de la seccin. Los mtodos de
dimensionamiento delas secciones y elementos estructurales no
difieren sustancialmente de los que se especifican para otro tipo
de acciones, excepto para los mtodos de diseo por capacidad.d)
Detallado de la estructura. Para lograr un comportamiento dctil,
esto es, detallar sus elementos y conexiones para proporcionar gran
capacidad de deformacin antes del colapso.
Seleccin de los Mtodos de Anlisis
En las Tablas 9.1 y 9.2 se establecen los mtodos de anlisis que
como mnimo deben ser empleados, respectivamente para las
edificaciones regulares y las irregulares. Los mtodos especificados
pueden sustituirse por otros ms refinados segn el orden dado.
Aspectos importantes a considerar para el anlisis ssmico:
Peso de la EdificacinLas fuerzas inducidas por movimientos
ssmicos en una edificacin son inerciales, es decir, dependen de la
aceleracin inducida por el sismo y de la masa a mover, en este
caso, la masa de la edificacin.Como primer paso para hallar las
fuerzas ssmicas necesitamos conocer la masa y donde se ubica.
Consideraremos que la masa se concentra en cada piso (lo cual es
cierto para un edificio de prticos) y por lo tanto determinaremos
la masa por piso y el centro de masa de cada uno de estos.
Centro De MasaEste punto nos indica donde se genera la masa y
por lo tanto donde estara ubicada la fuerza ssmica inducida por el
sismo.En vista de que las edificaciones diseadas en este curso
cuentan con un sistema de piso rgido en su plano (diafragma rgido),
la masa se puede considerar concentrada en un solo punto, este
corresponde al centro de masa. Recordemos la definicin de sistemas
equivalentes de fuerza, donde todo el peso se puede concentrar en
un solo punto y este produce el mismo efecto que los pesos
repartidos en el cuerpo.Si la losa tiene cargas uniformes por m el
centro de masa coincide con el centroide del rea, sino (casos
especiales donde se cambia el espesor de losa en algunos puntos o
por ejemplo existencia de piscinas u otros elementos que hagan ms
pesada la losa en ciertos puntos) el centro de masa se debe
determinar considerando, no las reas, sino los pesos de los
elementos.
Cortante BasalLa fuerza ssmica total en la base del edificio,
cortante basal, se encuentra por medio del espectro de diseo
(aceleracin de respuesta de la edificacin segn su periodo de
vibracin) y el peso total de la edificacin. (F=m*a, segunda Ley de
Newton).La forma como responde el edificio a la aceleracin inducida
por el sismo determina la reparticin de las fuerzas ssmicas tanto
en la altura como en cada uno de los elementos estructurales que la
conforman.Existen varios mtodos para determinar esta reparticin de
fuerzas en altura, estos pueden ser simplificados, mtodos estticos
equivalentes (fuerza horizontal equivalente, FHE) o ms completos
como los mtodos de anlisis modal espectral.Independiente del mtodo
a usar se tienen tambin diferentes formas de considerar el modelo
de la edificacin.
Modelo de AnlisisEl modelo de la estructura debe representar su
geometra, dimensiones, apoyos, efectos de diafragma rgido si lo
hay, los efectos de torsin por excentricidades entre el centro de
rigidez y el centro de masa, y los efectos de carga axial por
momentos de vuelco.El modelo de la edificacin se puede hacer
tridimensional o por prticos planos.En el anlisis por el mtodo de
la fuerza horizontal equivalente seguiremos el procedimiento de los
prticos planos para tener conciencia de la reparticin de las
fuerzas en los prticos y del efecto de torsin. La norma recomienda
que se disee la edificacin para el 100% de la carga ssmica actuando
en ambas direcciones principales perpendiculares del edificio no
simultneamente. Este requisito asegura que para cualquier direccin
del sismo, la carga se puede descomponer en estas dos direcciones
perpendiculares entre si y el edificio estara en capacidad de
soportarlo.
Centro de RigidezEs el punto con respecto al cual el edificio se
mueve desplazndose como un todo, es el punto donde se pueden
considerar concentradas las rigideces de todos los prticos. Si el
edificio presenta rotaciones estas sern con respecto a este
punto.Existe lnea de rigidez en el sentido X y lnea de rigidez en
el sentido Y, la interseccin de ellas representa el centro de
rigidez. Las lneas de rigidez representan la lnea de accin de la
resultante de las rigideces en cada sentido asumiendo que las
rigideces de cada prtico fueran fuerzas.
Dentro del Anlisis del Mtodo Ssmico cabe resaltar los siguientes
criterios de Estructuracin y Diseo.
1. La zona ssmica.2. La forma espectral (tipo de suelo), y el
factor de correccin 3. La clasificacin segn el uso, ya sea de grupo
A, B1, B2, C o usos mixtos.4. El factor de importancia.5. Nivel de
diseo.6. La clasificacin segn el tipo de estructura.7. El factor de
reduccin de respuesta.8. La clasificacin segn la irregularidad de
la estructura.9. Coeficiente ssmico para edificaciones.10. Espectro
de diseo.
Estructuracin Sismorresistentes
Es premisa del diseo en ingeniera el lograr el balance entre
seguridad y economa. El primer propsito del diseo sismorresistente
de edificaciones, es de evitar pedidas de vidas y luego el de
minimizar daos a la propiedad.
La filosofa para el diseo sismorresistente, requiere que la
estructura sea capaz de: Resistir sismos leves sin daos. En estos
casos la estructura deber trabajar en el rango elstico. Resistir
sismos moderados con dao estructural leve y algn dao en elementos
no estructurales. El diseo deber permitir que el dao estructural en
la mayora de los sistemas sea limitado y reparable. Resistir sismos
mayores, catastrficos, sin colapsar.
El diseo sismorresistente, debe proveer a la estructura de
cualidades estructurales y dinmicas de manera que tengan niveles de
respuesta adecuados frente a sismos de diversos caractersticas. La
experiencia ha demostrado que dichas cualidades tienen que ver con
su configuracin, su rigidez, su resistencia y con su
ductilidad.
a. ConfiguracinEst definida por aspectos de: Forma y tamao de la
edificacin Estructuracin Masa Tipo y ubicacin de elementos no
estructurales (especialmente en la tabiquera)Forma y Tamao de la
EdificacinElegir formas simples, simtricas y compactas a las formas
complejas, asimtricas y esbeltas. En planta, evitando las formas
abiertas e irregulares; como son las formas L, T, U, H, y buscando
en lo posible, las formas cerradas y regulares como son: la
cuadrada, la rectangular, la triangular, la circular, entre
otras.En elevacin, debe evitarse los retiros y los crecimientos de
la planta con la altura de la edificacin.EstructuracinDebe
Estructurarse definiendo caminos continuos, uniformes y directos
para la transferencia de fuerzas verticales y horizontales a la
cimentacin; evitando las discontinuidades. Son ejemplos de
discontinuidad, la interrupcin de muros antes de llegar a la
cimentacin, las aberturas grandes en muros o las aberturas en
elevacin del muro, las perforaciones de los diagramas
horizontales.No es conveniente tambin los cambios bruscos de
resistencia o de rigidez en los prticos, muros de corte o en los
diafragmas horizontales; ejemplos tpicos de cambios de rigidez lo
vemos en los "pisos blandos" que se producen en los edificios
cuando la rigidez de un piso bajo es inferior a la de los niveles
superiores, o cuando en un mismo nivel ocurren columnas de
diferentes alturas; tal es el caso tpico de columnas cortasLa
estructura debe contar con diafragmas horizontales rgidos y capaces
de distribuir las fuerzas horizontales a los elementos
verticales.La disposicin y caractersticas de los elementos sismo
resistentes deben tender a lograr simetra, y coincidencia de centro
de rigideces con el centro de masas, para minimizar los efectos
torsionantes.Cuando no hay simetra se producen torsiones que llevan
a comportamientos que son difciles de predecir y a la magnificacin
innecesaria de las fuerzas internas en algunos elementos.MasaLas
fuerzas de inercia producidas por un sismo son proporcionales a la
masa de la edificacin, debe buscarse por lo tanto reducirse al
mnimo la masa. Debe tenderse tambin a su distribucin uniforme, en
planta y elevacin, evitando concentraciones de masa,
particularmente en los pisos superiores.b. ResistenciaDada la
filosofa actual de diseo ssmico, en la que la resistencia se cambia
por redundancia y ductilidad, un mnimo de resistencia debe ser
provista para asegurar que las demandas correspondientes de
ductilidad no excedern las ductilidades disponibles de los
elementos de la estructura. Una resistencia excesivamente alta,
ciertamente aceptable; puede ser econmicamente imposible. Cualquier
resistencia intermedia puede ser aplicable, siempre que los
aspectos de la rigidez y ductilidad sean atendidos.Debe buscarse
una estructuracin con ms de una lnea de resistencia y con capacidad
para redistribuir las fuerzas de sismo en eventualidad de falla de
elementos importantes. Esto puede lograrse con sistemas de prticos
hiperestticos que incluyan muros de corte y que estn preparados
para redistribuir las fuerzas horizontales despus de la fluencia
inicial.c. RigidezLos desplazamientos laterales, de traslacin y de
rotacin, dependen de la suma de rigideces de los elementos
resistentes y de la rigidez Torsional de la planta, que es funcin
de la ubicacin de los elementos resistentes verticales.Los
desplazamientos deben limitarse tanto por razones estructurales,
por proteccin de los elementos no estructurales, as como por el
confort de los ocupantes. El incremento de rigidez en una
edificacin se logra de manera muy eficiente con la incorporacin de
muros estructurales.d. DuctilidadEn la generalidad de estructuras
de edificios compuestos por estructuras aporticadas, con la
inclusin o no de muros de corte, cuya caractersticas estructural
comn es la hiperestaticidad y la redundancia, la economa en el
diseo se logra al permitir que algunos elementos incursionen en el
rango inelstico, es decir, que sean capaces de disipar la energa
del sismo por medio de la friccin interna y la deformacin plstica.
De esa manera ser posible disear para fuerzas horizontales
sustancialmente menores a las correspondientes a una repuesta
elstica.Cuando mayor sea la ductilidad que desarrolle la
estructura, mayor ser la energa disipada y mayor podr ser la
reduccin de las fuerzas de diseo. Debe verificarse que los
elementos de la estructura columnas, muros y vigas desarrollen
ductilidades tales, que permitan a la estructura como un todo,
tener un comportamiento dctil compatible con el factor de reduccin
de ductilidad R, asumido en la determinacin de las fuerzas
laterales de diseo.La incursin de los elementos de una determinada
estructura, en el rango inelstico, debe ser selectiva y secuencial,
de manera de disipar de la estructura, minimizando la posibilidad
de daos severos en elementos verticales y eliminando la posibilidad
de colapso de la estructura. El diseo debe orientar a que sean los
elementos horizontales los que ingresen primero en el rango
inelstico con la formacin de rotulas plsticas en sus extremos,
mientras los elementos verticales permanecern en el rango
elstico.El comportamiento preferencial de una estructura de hormign
armado cuando solicitada por fuerzas ssmicas debe consistir en la
disipacin de energa por toda la estructura, sin pierda de capacidad
resistente, teniendo aptitud para disipar la energa transmitida
pelos movimientos ssmicos, pasada la suya fase de respuesta
elstica. O sea, la estructura debe ser dotada de ductilidad, no
solamente a nivel de cada elemento, pero tambin como un todo,
evitando la formacin de mecanismos instables y mecanismos de rotura
frgiles.
El comportamiento estructural dctil ser ms eficaz para resistir
a la accin ssmica pues los elementos exhiben mayor capacidad de
hacer desvanecer la energa transmitida por esta solicitacin de
carga y descarga, a travs de la suya respuesta non-lineal.
Resumiendo, se pretende conferir resistencia a los eslabones flacos
tal que la rotura al acontecer, ocurra primero por los eslabones
dctiles. De esta forma, en el caso de los prticos son de evitar
mecanismos que envuelven la concentracin de rotulas plsticas en
pila, conduciendo a la formacin de un mecanismo sin absorcin
suficiente de energa. Por otro lado, los mecanismos con formacin de
rotulas plsticas en vigas (con posterior formacin de rotulas en las
pilas) conduce a la formacin de un mayor nmero de rotulas,
garantiendo la disipacin de la energa y distribuyendo sta por un
mayor nmero de elementos. As se puede controlar y prever el
comportamiento de una estructura fase una solicitacin ssmica.
ANEXOS
Seleccin de los Mtodos de Anlisis
Forma y Tamao de la Edificacin
Ductilidad
Mapa de Zonificacin
CONCLUSIN
BIBLIOGRAFA