DEBER N2 DISEO SISMORESISTENTE

NOMBRE: JAVIER ANDRES AVECILLAS LEON CICLO: 10mo 1

1. Preparar una hoja de clculo en Excel en la cual se ingresen como datos la masa m, la rigidez k y

las condiciones iniciales de un sistema de un grado de libertad y obtener como resultado: - El periodo de vibracin T. - Las curvas de desplazamiento, velocidad y aceleracin correspondientes.

2. Ingresar a la pgina web del PEER NGA Database http://peer.berkeley.edu/nga/search.html, identificar al sismo de su preferencia y graficar los registros de aceleracin, velocidad y desplazamiento con respecto al tiempo de una de las 3 componentes del sismo e identificar los valores mximos de cada parmetro.

SISMO: KOBE 1995 COMPONENTE HORIZONTAL 1

FUENTE: http://peer.berkeley.edu/nga_files/ath/KOBE/FUK000.AT2

SISMO: KOBE 1995

COMPONENTE HORIZONTAL 2

FUENTE: http://peer.berkeley.edu/nga_files/ath/KOBE/FUK090.AT2

SISMO: KOBE 1995

COMPONENTE VERTICAL

FUENTE: http://peer.berkeley.edu/nga_files/ath/KOBE/FUK-UP.AT2

3. Durante las ltimas 2 semanas han ocurrido dos sismos de inters, uno de ellos ocurrido en la ciudad de La Habra (cercano a Los ngeles-California) el 28 de marzo de 2014 Magnitud 5.1 y el otro ocurrido en el norte de Chile, cerca de Arica e Iquique el 01 de Abril y de Magnitud 8.2 en la escala de Richter. Elaborar un resumen de no ms de 15 lneas de lo ms relevante para Ud. de estos dos terremotos, puede escoger cualquiera de las opciones o hacer una comparacin de estos dos eventos ssmicos.

COMPARACION ENTRE LOS SISMOS OCURRIDOS EN LA HABRA Y EN IQUIQUE

El sismo ocurrido en La Habra, California; tuvo su epicentro a 2 km del Este de la ciudad a una

profundidad de 2 km con un grado de magnitud de 5.3 en la escala de Richter. El evento telrico se

produjo debido a una falla inversa que se extiende desde la zona Norte y al Oeste hacia la ciudad

de los ngeles, una regin con gran antecedente ssmico. Adems se produjo el nivel de alerta

verde con respecto a muertes estimadas y nivel de alerta amarilla con respecto a prdidas

econmicas. Las edificaciones del lugar cuentan con estructuras que son muy resistentes a los

temblores, por lo que se puede decir que el dao estructural sufrido por las mismas es de poca

consideracin.

El evento ssmico que ocurri en Chile tuvo su epicentro a 89 kilmetros al suroeste de Cuya, en la

regin de Tarapac, a una profundidad de 20.1 Km, con un grado de magnitud de 8.3 en la escala

de Richter siendo casi 1000 veces superior al que el ocurrido en La Habr. Se registraron en los

das posteriores muchas replicas que bordeaban en promedio los 5 grados de magnitud. El sismo

se produjo por el deslizamiento en la interfaz de contacto entre las placas de Nazca y Sudamrica.

Se registraron 5 prdidas humanas en el norte chileno adems de daos materiales en varias

ciudades. Regiones como Tarapac, Arica y Pairnacota fueron declaradas como zonas de desastre

ante la posibilidad de un tsunami por lo que miles de habitantes fueron evacuados.

4. Investigar sobre Sistemas Estructurales Sismoresitentes en Hormign y en Acero. Elaborar un

resumen de no ms de 3 hojas con fotografas o esquemas y aspectos relevantes de los sistemas

estructurales identificados.

PRTICOS ARRIOSTRADOS CONCNTRICAMENTE

La presencia de las barras diagonales o riostras modifica

significativamente el comportamiento del prtico, dado que se

forma una estructura reticulada, con triangulaciones. Las acciones

laterales de viento y sismo inducen en la estructura principalmente

esfuerzos axiales de traccin y compresin. Este tipo estructural

se caracteriza por una elevada rigidez lateral, lo que permite un

adecuado control de los desplazamientos.

Se pueden plantear diferentes configuraciones, como se muestra

esquemticamente en la Figura 2-21. La adopcin de la

configuracin ms conveniente en cada caso se realiza a partir de

consideraciones estructurales, funcionales y eventualmente

aspectos estticos.

Los arriostramientos concntricos de acero presentan ventajas

significativas para la rehabilitacin ssmica de estructuras (ver

Figura 2-23), ya que permiten fabricar los componentes de acero en taller y luego montarlos en

obra con alteraciones mnimas de la actividad que se desarrolla en la construccin, particularmente

en los casos en los que los prticos arriostrados se disponen en la periferia de la construccin.

Otra solucin interesantes es colocar solamente riostras de acero para rehabilitar estructuras

aporticadas existentes (de acero u hormign armado).

PRTICOS ARRIOSTRADOS EXCNTRICAMENTE

Los prticos arriostrados excntricamente, combinan el diseo de un prtico no arriostrado

(estructuras relativamente flexibles) y los prticos con arriostramiento concntrico (elevada rigidez

lateral); disponiendo las riostras deliberadamente de forma tal de generar una excentricidad en la

viga donde se inducen esfuerzos de corte y momentos flectores elevados. Estas zonas, llamadas

enlaces se disean especialmente para disipar energa mientras el resto de los componentes se

disean para responder esencialmente en rango elstico.

La Figura 2-26 muestra las configuraciones ms usuales con el enlace

(zona dctil) ubicado en las vigas. No es recomendable generar la zona

de enlace en las columnas, debido a que en ese caso el esfuerzo axial

(variable por efecto de la accin ssmica) dificulta la determinacin

precisa de la resistencia a flexin y corte. Adems, la falla no deseada

del enlace en la columna tendra consecuencias mucho ms graves que

si el mismo se dispusiera en las vigas.

La Figura 2-26(a) muestra un prtico arriostrado con enlace interior,

mientras que las Figura 2-26(b) y (c) representan configuraciones con

enlace exterior. En estos dos ltimos casos la conexin viga-columna se

encuentra ubicada en la zona dctil, donde se generan solicitaciones

elevadas de flexin y corte. Es por ello que la conexin debe disearse

con requerimientos similares a los aplicados en el caso de conexiones

en prticos no arriostrados dctiles.

Estas estructuras representan una solucin excelente para el diseo

sismorresistentes debido a que combinan una elevada rigidez lateral,

por efecto de las riostras, y una muy adecuada capacidad de

disipacin de energa.

Los esfuerzos tpicos que la accin ssmica induce en este tipo de

prticos se presentan en la Figura 2-27, para el caso de una estructura

simple de dos pisos, con el enlace en la parte central de la viga. Se

observa claramente cmo la conexin excntrica genera esfuerzos

elevados de flexin y corte en la zona del enlace. Estos esfuerzos son

los que producen la fluencia

en dicha zona, disipando

energa y asegurando as una

adecuada ductilidad al

sistema.

El enlace debe disearse y detallarse en forma adecuada

para asegurar una respuesta dctil y estable, para lo cual

es importante controlar los problemas de inestabilidad por

pandeo local (ver Figura 2.28).

PRTICOS CON RIOSTRAS DE PANDEO RESTRINGIDO

Las riostras de pandeo restringido son disipadores de fluencia

incorporados en la misma riostra, las cuales fueron desarrolladas

originalmente en Japn y han sido aplicadas como una

conveniente solucin estructural, ver Figuras 2-31 y 2-32, en

varios pases. Esta es la razn por la cual la las especificaciones

ssmicas incluyen estos dispositivos como sistema estructural: los

prticos con riostras de pandeo restringidos.

Las riostras de pandeo restringido estn formadas por una barra

o ncleo de acero recubierto por una capa deslizante o

antiadherente; esta barra se inserta en un tubo exterior, el cual se

rellena con mortero de cemento, como se ilustra en la Figura 2-

33. De esta forma, se logra que el ncleo de acero fluya tanto en

traccin como en compresin, dado que el tubo exterior y el

mortero de relleno evitan en pandeo global y local del ncleo. Las ventajas de las riostras de

pandeo restringido frente a una riostra tpica son significativas, debido a que se logra una

respuesta estable y sin la reduccin del rea de los ciclos de histresis por problemas de pandeo.

MUROS DE CORTE CON PLACAS DE ACERO

Los muros de corte con placas de acero son estructuras

formadas por placas esbeltas (alma del muro) conectadas a

componentes de borde horizontal y vertical, ver Figura 2-34.

Las placas de acero se disean para fluir y pandear bajo la

accin ssmica y constituyen as el principal mecanismo de

deformacin plstica y disipacin de energa, mientras los

componentes de borde permanecen en rango elstico. Solo

se admite la formacin de rtulas plsticas en los

componentes de borde horizontal o vigas. En la Figura 2-35

se muestra un ejemplo de este sistema estructural en un

edificio en construccin.

Otra alternativa es el uso de

muros con placas rigidizadas,

mediante elementos adicionales

de acero que incrementan la

resistencia al pandeo de la placa por corte. De acuerdo con las

caractersticas de los rigidizadores, se logra un efecto de rigidizacin

total o parcial (en los casos en que son relativamente flexibles en

comparacin con la placa). Adicionalmente, pueden usarse muros

compuestos con placas de acero, en los cuales se agrega hormign

en una o en ambas caras de la placa.

5. Leer la seccin de su preferencia y el respectivo comentario del captulo 21 del ACI-318. Imprimir (o sacar copia) de la seccin leda y resumir la informacin relevante en no ms de 5 lneas.

Lectura de la Seccin 21.12-Cimentaciones del ACI 318-S. Resumen: Las columnas que sean diseadas suponiendo condiciones de empotramiento en la cimentacin, deben tener su refuerzo longitudinal extendido dentro de la zapata. Adems, las losas sobre el terreno que resisten fuerzas ssmicas deben disearse como diafragmas estructurales. Por ltimo, en cuanto a los pilotes prefabricados hincados; la longitud del refuerzo transversal debe ser suficiente como para tener en cuenta las variaciones potenciales de la profundidad a la que llega la punta del pilote.

6. Refirase a la siguiente figura del Deber 1.

- Asuma que al igual que en el Deber 1, los elementos que forman el cuadrado tienen seccin 300x300x25mm. Respecto a la diagonal Ud.

conoce que la seccin ser de 300x300xe, en donde e es el espesor de la diagonal. Determinar el espesor e, de tal manera que la

deriva causada por la fuerza mostrada sea del 2%.

R.- El espesor requerido de la diagonal es de 0.05 mm.

7. Iniciar lectura en cualquier bibliografa de sistemas de un grado de libertad. Se recomienda libros

de Dinmica Estructural. Presentar un resumen de media pgina de lo ledo.

DYNAMICS OF STRUCTURES

Theory and Applications to Earthquake Engineering

Anil K. Chopra

1.4. FUERZA DE AMORTIGUAMIENTO

El proceso por el cual un sistema de vibracin libre disminuye en amplitud es llamado

amortiguamiento. En este proceso, la energa del sistema vibracional es disipada por varios

mecanismos. Se ha identificado que gran parte de la energa de disipacin surge del efecto trmico

de la repetitiva deformacin elstica del material y de la friccin interna del slido. En los edificios

por ejemplo, podemos citar a la friccin en las conexiones de acero, apertura y cerrado de micro

grietas en el hormign, friccin entre la estructura misma y los elementos no estructurales, etc.

Dadas tantas variables parece ser imposible describir matemticamente cada una de estas formas

de disipacin de energa por lo que el amortiguamiento en las estructuras actuales es

generalmente idealizado. Para muchos propsitos en un sistema de un grado de libertad este

fenmeno puede ser representado de manera satisfactoria por amortiguador lineal. El coeficiente

de amortiguamiento es elegido de tal manera que la energa vibracional que disipa es equivalente

a la energa disipada en todos los sistemas de amortiguamiento presentes en una estructura.

Cabe indicar que la fuerza fD est relacionada directamente a la velocidad a lo largo del amortiguador lineal y donde la constante c es el coeficiente viscoso de amortiguamiento, en

unidades de fuerza*tiempo/distancia.

Adems, al contrario de la rigidez de una estructura, el coeficiente c no puede ser calculado a partir

de las dimensiones geomtricas de la estructura. En consecuencia los experimentos vibracionales

en las actuales estructuras proveen los datos para evaluar el coeficiente de amortiguamiento.