Ingeniería sismorresistente

Dinmicadeestructuras

03/05/2011

Diseo sismorresistente

Profesor: Dr. Juan Carlos Vielma Prez

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Diseo sismorresistenteClase 2

Normativas

Investigacin

Realidad

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Diseo sismorresistenteClase 2Cdigo MAC353

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un solo sendero no puede abarcar el amplio campo d l d d b l li de la mecnica. Al escalar una montaa, algunos senderos son seguros y otros son peligrosos de recorrer Algunos recorrer. conducen a la cima, otros a diferentes vistas interesantes. Algunos senderos han sido muy transitados, otros casi no lo g y han sido. Y.C.Fung y P. T Tong Prefacio de: Classical and computational solid mechanics4 Clase 2/JCVP-2010

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En t l E esta clase se repasan algunos conceptos l t sencillos relativos a la naturaleza de esos fenmenos tan complejos conocidos como terremotos o sismos.

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Tambin introducen nuevos conceptos que tienen T bi se i t d t ti que ver con algunas caractersticas que es necesario incorporar en el proceso de proyecto sismorresistente de estructuras. , p g p que Finalmente, se presentan algunos conceptos q involucran las prdidas que pueden causar los terremotos.

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Diseo sismorresistenteClase 2Terremotos destructivos con prdidas de vidas entre 1900 y 2000N de terremotos con prdidas Posicin Pas N de fallecidos humanas 1 China 170 619488 2 Japn 84 169525 3 Italia 45 128031 4 Irn 89 121513 5 Turqua 111 99391 6 Per 62 76016 7 Antigua URSS 44 75813 8 Paquistn 14 65984 9 Indonesia 66 43992 10 Chile 35 36332 11 India 21 33329 12 Venezuela 16 30795 13 Guatemala 16 25345 14 Afganistn 15 23312 15 Mxico 48 17625 16 Nicaragua 4 13718

Fuente: C Coburn y S Spence ( (2002) )7 Clase 2/JCVP-2010

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Placas tectnicas Pl i8 Clase 2/JCVP-2010

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Parmetros de la fuente de un terremotoDistancia epicentral Epicentral Distance Epicentro Epicentre E i Profundidad hip pocentro Focal Depth D Estructura Site

Fault Falla Foco Focuso hipocentro

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Tipos de terremotos Segn Newmark y Rosenblueth (1990) los terremotos p pueden ser clasificados de la siguiente manera: g Terremotos de una sola sacudida Terremotos de duracin moderada y vibraciones irregulares Terremotos de larga duracin y grandes perodos predominantes Terremotos que producen deformaciones permanentes en el terreno10 Clase 2/JCVP-2010

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Tipos de terremotos Terremotos de una sola sacudida, que se originan a cortas distancias epicentrales y con focos de poca profundidad, generalmente en terrenos rocosos o suelos duros. l d

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Tipos de terremotos Terremotos de duracin moderada y vibraciones irregulares, son los que se producen a distancias epicentrales intermedias y sobre suelos duros.

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Tipos de terremotos Terremotos de larga duracin, son los terremotos cuyas ondas son filtradas por los suelos blandos, se caracterizan por ser terremotos con perodo predominante largo. d i t l g

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Tipos de terremotos Terremotos que producen deformaciones permanentes, son los terremotos cuyo efecto puede apreciarse directamente sobre el terreno ya que a ambos l d de la falla se producen desplazamientos. b lados d l f ll d d l i t

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Ondas ssmicas Las ondas ssmicas se originan a partir de movimientos telricos naturales o tambin por perturbaciones producidas por la actividad humana. Pueden P d se catalogadas en dos grupos: l ondas de t l g d d g las d d cuerpo y las ondas superficiales.

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Ondas ssmicas Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P son ondas longitudinales o P. compresionales, lo cual significa que el suelo es alternadamente comprimido y dilatado en la direccin p de la propagacin. Estas ondas generalmente viajan a una velocidad 1.73 veces de las ondas S y pueden viajar a travs de cualquier tipo de material.

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Ondas ssmicas Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P.

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Ondas ssmicas La velocidad de las ondas P se puede estimar a partir de la siguiente expresin:

Donde D d y G son l coeficientes d L y los fi i t de Lam es la densidad.18 Clase 2/JCVP-2010

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Ondas ssmicas Los coeficientes de Lam son funciones del mdulo elstico del material y del coeficiente de Poisson:

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Ondas ssmicas Las ondas S (secundarias) son ondas en las cuales el desplazamiento es transversal a la direccin de p propagacin. Su velocidad es menor que la de las ondas primarias. Debido a ello, stas aparecen en el terreno algo despus que las primeras. Estas ondas son las que generan las oscilaciones durante el movimiento ssmico y las que producen la mayor parte de los daos.20 Clase 2/JCVP-2010

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Ondas ssmicas Las ondas S se propagan ms lentamente que p y que las ondas P. Su amplitud es mayor q la de las ondas P y suelen producir el dao en las estructuras.

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Ondas ssmicas La velocidad de las ondas S se puede calcular a p partir de:

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Ondas ssmicas Las ondas de Love son ondas superficiales que producen un movimiento horizontal de corte en superficie. La velocidad de las ondas Love es un 90% de la velocidad de las ondas S y es d l l id d d l d ligeramente superior a la velocidad de las ondas Rayleigh. Rayleigh

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Ondas ssmicas Una vez ocurrido un terremoto, las primeras ondas que se registran son las ondas P.

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Ondas ssmicas Las ondas Rayleigh, tambin denominadas ground roll, son ondas superficiales que producen un movimiento elptico retrgrado del suelo. Son ondas ms lentas que las ondas de cuerpo y su velocidad de propagacin l d d l id d d g i es casi un 70% de la velocidad de las ondas S.

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Ondas ssmicas Las ondas Rayleigh son ondas superficiales con un movimiento similar al de las olas del agua.

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Dentro del proceso de proyecto sismorresistente es necesario formular soluciones que permitan satisfacer que la capacidad de la estructura proyectada sea mayor que la demanda que imponen las acciones de la naturaleza.

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Tanto la sismologa, como la ingeniera sismorresistente enfrentan la fundamental limitacin que implica la naturaleza impredecible de los terremotos, lo que implica que no es posible obtener t t l i li ibl bt la demanda mediante mtodos deterministas, siendo necesario aplicar procedimientos probabilistas. Seguidamente se exponen algunos aspectos de los g p g p terremotos y cmo se incorporan en las normas de proyecto sismorresistente.28 Clase 2/JCVP-2010

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Directividad de los terremotos La directividad ocurre por que las fallas son fuentes mviles de ondas ssmicas, que viajan a una velocidad finita a lo largo de la falla y ms all de estas. La implicacin de la directividad de los terremotos sobre la ingeniera sismorresistente se encuentra en que para emplazamientos equidistantes a l ruptura l i t idi t t la t de la falla, se pueden alcanzar diferentes intensidades producidas por el mismo terremoto terremoto.30 Clase 2/JCVP-2010

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La directividad puede originar tambin la polarizacin de un terremoto. El efecto de polarizacin consiste en que los efectos de un terremoto se concentran en la direccin ortogonal al plano de ruptura de la falla, haciendo que la accin en esta direccin sea ms destructiva que en las otras direcciones.

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Como la ruptura de la falla se mueve desde el epicentro, este genera movimientos del terreno en todos los segmentos de la falla. El terremoto se irradia en todas las direcciones, propagndose la energa del sismo en la direccin de avance de las ondas. Todo esto trae como resultado la magnificacin del terremoto en la direccin de propagacin de ste, lo ste que adems lo hace de menos duracin32 Clase 2/JCVP-2010

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Directividad Dada la incapacidad de predecir adecuadamente la directividad de un sismo la sismo, mayora de las normas sismorresistentes adoptan la superposicin del efecto de la accin p p p ssmica combinada de dos direcciones ortogonales.

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Directividad

A100%y

B30%

x35 Clase 2/JCVP-2010

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100%

30%

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Directividad Tambin es frecuente encontrar prescrita la accin ssmica en la direccin vertical, superpuesta a las vertical dos direcciones en planta.

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Directividad Qu se indica en la Norma Covenin 1756?

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Directividad

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Directividad Tanto en el Eurocdigo como en las normas norteamericanas, norteamericanas se ha adoptado la combinacin que contempla la participacin en todas las direcciones:

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Directividad

Con =0,3. C 03

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Directividad En el caso particular del Eurocdigo 8, este prescribe espectros elsticos de diseo especiales para la determinacin de la accin vertical: d t i i d l i ti l

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Los edificios cimentados en roca no sufrieron Los mayores daos, como los que sufrieron aquellos edificios cuyas fundaciones no alcanzaban el fondo del suelo Observaciones realizadas por MacMurdo durante el terremoto que sacudi Cutch (India) durante el ao 1819

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Efecto de sitio El efecto de sitio tiene que ver con la capacidad que poseen los suelos de amplificar o reducir el efecto de un terremoto

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Efecto de sitio

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Efecto de sitio Un terremoto cuyo perodo predominante coincida con el perodo predominante del suelo que lo filtra filtra, reproducir el efecto de la resonancia, amplificndose los desplazamientos, las velocidades p p , y las aceleraciones en la superficie.

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Efecto de sitio En el caso que el suelo est formado por un solo estrato, estrato el perodo se puede calcular mediante la expresin siguiente:

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Efecto de sitioH

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Efecto de sitio El perodo asociado con un modo superior se calcula aproximadamente mediante:

donde n es el nmero del modo superior superior.

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Efecto de sitio La consideracin del efecto de sitio conduce a reproducir la amplificacin dinmica en los espectros elsticos de diseo. Por ejemplo, en la norma Covenin se pueden apreciar los cambios en p p las ordenadas espectrales dependiendo de la amplificacin introducida por el efecto de sitio.

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Efecto de sitio La consideracin del efecto de sitio conduce a reproducir la amplificacin dinmica en los espectros elsticos de diseo. Por ejemplo, en la norma Covenin se pueden apreciar los cambios en p p las ordenadas espectrales dependiendo de la amplificacin introducida por el efecto de sitio.

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Efecto de sitio La respuesta en superficie indica el valor de la amplificacin dinmica. La respuesta en superficie dinmica se obtiene mediante la modelizacin del suelo considerando las diferentes caractersticas geotcnicas de los estratos que lo conforman.

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Diseo sismorresistenteClase 2Material (type) (t ) Arena saturada Arcilla arenosa Arena fina saturada Arcilla/arena mezclada Arena densa Grava con roca Grava media Arcilla arenosa con gravas Grava media Roca fuerte 1< 1 H

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