RESPUESTA SÍSMICA UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE ARTES INTEGRADAS ESCUELA DE ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ESTRUCTURAS II RESPUESTA SÍSMICA ING. GUSTAVO ADOLFO VARGAS HERNÁNDEZ CALI – COLOMBIA, 2008

RESPUESTA SÍSMICA REFERENCIAS: Presentaciones Ing. Arq. Diego Gómez. Presentaciones Ing. Mauricio Domínguez. Videos Laboratorio de Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural, Escuela de Ingeniería Civil y Geomática. Universidad del Valle.

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DESCRIBA Y EXPLIQUE, POR ESCRITO, EL COMPORTAMIENTO OBSERVADO EN EL VIDEO

PERIODO NATURAL (ver video)

Resonancia (ver video)

SUELO DURO vs SUELO BLANDO ¿cuál de los modelos tendrá mayores movimientos? Haga click sobre la figura o aquí para Ver video

PRINCIPIOS DE SISMOLOGIA Las ondas sísmicas atraviesan las capas terrestres, transmitiéndose a través del suelo hasta llegar a la superficie

¿QUÉ DETERMINA LA RESPUESTA SÍSMICA DE LAS ESTRUCTURAS?

¿QUÉ ES LO QUE DETERMINA LA RESPUESTA DE LAS ESTRUCTURAS? EXCITACIÓN BASE ROCA => ONDA SUELO => ESTRATOS DUREZA PARÁMETROS DINÁMICOS DE LA ESTRUCTURA PERIODO DE VIBRACIÓN = f (h, K, m) AMORTIGUAMIENTO

Efecto de sismos (ver video)

Efecto de sismos

Modos de vibración

Desplazamientos horizontales

Desplazamientos verticales

Efecto Torsionales

Efecto de Rigidez

DESDE EL PUNTO DE VISTA ESTRUCTURAL, LOS CONCEPTOS DE CENTRO DE MASAS Y CENTRO DE RIGIDECES SON ESENCIALES AL MOMENTO DE DISEÑAR UN SISTEMA DE ESTRUCTURAL PARA UNA EDIFICACION.

CENTRO DE MASAS ES EL PUNTO DONDE PODEMOS ENCONTRAR CONCENTRADAS LAS MASAS DEL EDIFICIO, ES DECIR SU CENTRO DE EQUILIBRIO. EN GENERAL ESTE CENTRO DE MASAS ESTA MUY CERCANO AL CENTRO GEOMETRICO DE LAS LOSAS ESTRUCTURALES.

Edificación de masa superior apoyada sobre pórticos flexibles LA MASA DEL EDIFICIO ESTA GENERADA BASICAMENTE POR EL PESO PROPIO DEL MISMO Y EN MENOR GRADO POR LA CARGA VIVA QUE SOPORTA, PUES POR TRATARSE EL SISMO DE FUERZAS INERCIALES ESTAS ULTIMAS HASTA CIERTO PUNTO SE OPONEN AL MOVIMIENTO DEL SISMO. Edificación de masa superior apoyada sobre pórticos flexibles

AQUÍ, DEBE RECORDARSE LA FAMASA FORMULA DE NEWTON, F = M x a, DONDE EN ESTE CASO LAS FUERZAS SISMICAS NACEN DE LA MASA DE LA EDIFICACION Y DE LA ACELERACION DE SU MOVIMIENTO.

Al desplazarse el suelo arrastra consigo la cimentación del edificio (como se mueva el suelo se moverá la cimentación) mientras las masas de los niveles que se encuentran por encima del terreno y que se concentran en los entrepisos se quedan rezagadas por la flexibilidad de la estructura, deformándola. La edificación pasa de un estado de reposo a un movimiento vibratorio , sus masas sufren desplazamientos y aceleraciones a uno y otro lado de la vertical. Todo cuerpo tiende a conservar el estado de reposo o de movimiento en el que se encuentra, lo que se conoce como Inercia. Al adquirir movimiento las masas se desarrollan fuerzas de carácter inercial,

Edificación de masa superior apoyada sobre pórticos flexibles COMO NO SABEMOS QUE TAN FUERTE, O ACELERADO, SEA UN SISMO, SE INSISTE EN LOGRAR, CADA VEZ MAS, EDIFICIOS CUYA MASA SEA MENOR. ES DECIR MÁS LIVIANOS…

CENTRO DE RIGIDECES ES EL PUNTO IDEAL DONDE EL EDIFICIO, TEÓRICAMENTE, CONCENTRA SU RIGIDEZ. LA RIGIDEZ ES LA PROPIEDAD QUE LE PERMITE OPONERSE A LA DEFORMACIÓN HORIZONTAL QUE LE OCASIONAN LAS FUERZAS SÍSMICAS. EL CENTRO DE RIGIDECES DEPENDE ENTONCES DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE LA EDIFICACIÓN.

LA RIGIDEZ DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEPENDE TANTO DE LOS MATERIALES CON QUE ESTEN CONSTRUIDOS Y SUS RESPECTIVOS MODULOS DE ELASTICIDAD COMO DE LA DIMENSION Y FORMA GEOMÉTRICA DE LOS MISMOS Y SU RELACION DE ESBELTEZ. EN GENERAL UN ELEMENTO SERA MÁS RÍGIDO ENTRE MÁS CORTO SEA, SIN EMBARGO ESTO NO LO HACE MAS RESISTENTE...

EL CENTRO DE RIGIDEZ DEL EDIFICIO, DEPENDE DE LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELEMENTOS QUE GENEREN ESTA RIGIDEZ, TALES COMO COLUMNAS, MUROS Y MAMPOSTERIA. EL CENTRO DE RIGIDEZ ES UNA MEDIDA DE QUE PARTE DEL EDIFICIO ES MÁS RESISTENTE A LOS DESPLAZAMIENTOS GENERADOS POR UN SISMO. CM CR

Por ejemplo, una losa regular, cuyo centro de masas es concéntrico (1), puede tener un centro de rigideces más o menos central (2), o de acuerdo con la distribución de los muros, desplazado hacia un costado (3) 1 2 3

EN TERMINOS GENERALES, EL CENTRO DE MASAS ES EL PUNTO DONDE LAS FUERZAS DEL SISMO ACTUAN. Y EL CENTRO DE RIGIDECES EL PUNTO DONDE EL EDIFICIO PUEDE RESPONDER U OPONERSE A ESTAS FUERZAS ... CENTRO DE MASAS CENTRO DE RIGIDECES

SI EL CENTRO DE RIGIDEZ Y EL CENTRO DE MASA NO COINCIDEN, LA FUERZA HORIZONTAL DEL SISMO PRODUCIRÁ UN MOMENTO DE TORSIÓN ALREDEDOR DEL EJE DE ROTACIÓN DEL EDIFICIO.

EN RESUMEN, ES IDEAL QUE EXISTA LA COINCIDENCIA ENTRE EL CENTRO DE MASAS Y EL CENTRO DE RIGIDECES, PUES DE ESTA MANERA LAS FUERZAS CONTRARIAS Y COLINEALES DE ACCIÓN (GENERADAS POR EL SISMO), Y DE REACCIÓN (GENERADAS POR LA RIGIDEZ DE LA ESTRUCTURA) PUEDEN CONTRARESTARSE FÁCILMENTE. SIN EMBARGO EN LA PRÁCTICA ES IMPOSIBLE QUE ELLO SUCEDA CON CERTEZA, POR LO QUE LAS ESTRUCTURAS MANEJAN SIEMPRE UN PORCENTAJE DE SEGURIDAD QUE CONTEMPLE ESTAS VARIACIONES. LO POSITIVO DE ESTA COINCIDENCIA ES QUE PERMITE A LAS ESTRUCTURAS TRABAJAR A FLEXIÓN, UN ESFUERZO MAS FÁCIL DE CONTROLAR QUE LA TORSIÓN QUE SE PRESENTA CUANDO ESTOS CENTROS NO COINCIDEN.

ES DECIR, CUANDO ESTA COINCIDENCIA NO SE DA, EL EDIFICIO DEBE SOPORTAR MOMENTOS TORSORES EN TORNO A SU EJE, LOS CUALES SON TRANSMITIDOS A LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES, QUE SE VEN FUERTEMENTE ESFORZADOS Y TIENEN MÁS POSIBILIDAD DE FALLAR.

LAS IRREGULARIDADES DE LAS EDIFICACIONES TANTO EN PLANTA COMO EN ALZADA, GENERAN TAMBIÉN IRREGULARIDAD EN LAS RIGIDECES QUE AFECTAN LA RESPUESTA DEL EDIFICIO ANTE UN SISMO, GENERANDO LOS MENCIONADOS MOMENTOS TORSORES HACIA SUS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

CM CR

CM

EDIFICIOS CON CONFIGURACION IRREGULAR QUE DEBERIAN EVITARSE CONTEMPLANDO ESTO, LAS NORMAS SISMORESISTENTES INCLUYEN UNA NUEVA DISPOSICIÓN QUE AFECTA A LOS EDIFICIOS QUE PRESENTEN DIFERENTES GRADOS DE IRREGULARIDAD TANTO EN PLANTA COMO EN ALZADA, DE MANERA QUE EL PROYECTO SE VE “CASTIGADO” EN SU DISEÑO ESTRUCTURAL Y POR LO TANTO RESULTA MUCHO MÁS COSTOSO DE CONSTRUIR, SIN DECIR POR ELLO QUE FUNCIONE MEJOR. POR LO TANTO ESTE EFECTO DEBE EVITARSE A TODA COSTA, CON SOLUCIONES COMO DIVIDIR LA EDIFICACION EN PARTES MAS REGULARES O EN GENERAL LAS QUE PERMITAN REGULARIZAR SU ESTRUCTURA EN CUANTO A MASAS Y RIGIDECES. EDIFICIOS CON CONFIGURACION IRREGULAR QUE DEBERIAN EVITARSE

Separación del edificio con junta sísmica

ANTE ESTO EL ARQUITECTO DEBE SER CONCIENTE QUE LA CONFIGURACIÓN ARQUITECTÓNICA DEFINE AMPLIAMENTE LA RESPUESTA QUE SU EDIFICIO PRESENTE ANTE UN SISMO; Y QUE EN CASO DE DEFICIENCIAS EN LA MISMA, LA PARTICIPACIÓN DE UN INGENIERO CIVIL CALCULISTA UNICAMENTE SE LIMITARA A DEFINIR LOS MATERIALES Y RESISTENCIAS QUE INTENTEN RESOLVER LO MEJOR POSIBLE UNA DISPOSICIÓN ESTRUCTURAL CON FALLAS DESDE SU CONCEPCIÓN ARQUITECTÓNICA.