CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES

Transcripción

1 CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES ACCIÓN SÍSMICA SOBRE LAS CONSTRUCCIONES Respuesta de las construcciones

2 COMPORTAMIENTO (RESPUESTA) DEL EDIFICIO Fuerzas de inercia Acción dinámica <=> Respuesta dinámica (Período Resonancia - Amortiguamiento) Evaluación de la respuesta del edificio: espectros y métodos Ductilidad. Resistencia. Rigidez. Torsión Elementos NO estructurales: cerramientos, panelería, carpinterías, amoblamientos, instalaciones, ductos, escaleras, maquinaria,...

3 COMPORTAMIENTO EDILICIO Fuerzas de inercia El edificio tiende a mantener el estado de equilibrio (en reposo o en movimiento) en el que se encuentra. El movimiento del suelo modifica ese estado generando aceleraciones en cada componente del edificio, por lo que las masas reciben una fuerza proporcional a la aceleración impuesta. F k =m k a k t La acción no es constante, varía rápidamente en el tiempo y termina también bruscamente, por lo que el edificio se SACUDE. (Como el domador en el lomo del potro) La aceleración varía también en altura, por lo que cada masa recibirá diferente impulso.

4 COMPORTAMIENTO EDILICIO Acción dinámica = Respuesta dinámica Una construcción es un sistema con características dinámicas propias: período (T0) frecuencia (ω0), amortiguamiento (ξ) y modos (Xi, Ti, ωi). Grados de libertad del sistema: es el número de coordenadas necesarias para describir su movimiento (en general coincide con el número de masas definidas por las coordenadas analizadas)

5 COMPORTAMIENTO EDILICIO Acción dinámica = Respuesta dinámica La construcción es impelida por un movimiento armónico de la base. Las respuestas dependen de la relación entre la frecuencia del movimiento (ω) y la del edificio (ωn) y del grado de amortiguamiento del sistema (ξ) Cuando coinciden (ω = ωn) se produce resonancia, los desplazamientos se incrementan hasta el infinito (ideal) o valores muy elevados (realidad) Cómo procedemos? Si cada construcción tiene su propia respuesta...

6 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: espectros Con cada sismo se obtiene un acelerograma particular. Para conocer la respuesta de diversas estructuras (con particular período y amortiguamiento) se prepara una carta que muestra las respuestas para diferentes períodos.

7 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: espectros Espectro según Biot Espectro según Housner

8 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: espectros Espectros de aceleración (SA) velocidad (Sv) y desplazamiento (Sd)

9 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: espectros Espectros de aceleración (SA) Proyecto INPRES-CIRSOC 103/07 Se tiene en cuenta: Zona sísmica 4 Riesgo sísmico Tipos de suelo Amortiguamiento ξ = 0,05 Proximidad a la falla geológica 1,200 1,000 Sa Sa / Sv 0,800 Sa 1 Sa 2 Sa 3 Sv 1 Sv 2 Sv 3 0,600 0,400 0,200 4,85 4,65 4,45 4,25 4,05 3,85 3,65 3,45 3,25 3,05 2,85 2,65 2,45 2,25 2,05 1,85 1,65 1,45 1,25 1,05 0,85 0,65 0,45 0,25 0,000 0 Esquema espectros típicos Sv Período (T)

10 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: Cortante basal Sistema amortiguado con Un grado de libertad UGL [T0 - ω0 - ξ - X1] Sistema amortiguado con Múltiples Grados de Libertad MGL [ξ] [T1 - T Tk -Tn ; ω1 - ω ωk ωn ; {X1} - {X2} {Xk} {Xn} ] [ Períodos y vectores propios ] [ Formas modales ]

11 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio Modelo dinámico

12 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: Cortante basal Método estático: sólo considera el 1er modo: [T1- ω1 - ξ ] V0 C = S a r R = C W n S a = F T 1 ; W = W i 1 ZONA SISMICA 4 amort: 5% 1, ,400 0,200 4,85 4,65 4,45 4,25 4,05 3,85 3,65 3,45 3,25 3,05 2,85 2,65 2,45 2,25 2,05 1,85 1,65 1,45 1,25 1,05 0,85 0,65 0,000 0,45 W i z 2i Σα 1 Σα 2 Σα 3 0,600 0 n 0,800 0,25 F i = V 0 W i z i 1,000 Sa En altura, las acciones se estiman como fuerzas concentradas en las masas, evaluadas en función triangular inversa. Período (Tm)

13 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: Cortante basal Método dinámicos: Modal espectral: considera todos los modos RELEVANTES [T1 - T Tk -Tn ; ω1 - ω ωk ωn ; {X1} - {X2} {Xk} {Xn} ] Para cada modo: Am = 2 n S ak r R Am V 0m = W m g = W m W k km k=1 n W i 2km i=1 ZONA SISMICA 4 amort: 5% 1,200 1,000 Fuerza y esfuerzos en c/nivel Σα 1 Σα 2 Σα 3 0,600 n Q km W k km k=1 0,400 0,200 Envolvente Q en el nivel Q ke = 0, ,3 0,55 0,8 1,05 1,3 1,55 1,8 2,05 2,3 2,55 2,8 3,05 3,3 3,55 3,8 4,05 4,3 4,55 4,8 Sa 0,800 F km = V 0m W k km Período (Tm) n m=1 2 Q km

14 COMPORTAMIENTO EDILICIO Evaluación de la respuesta del edificio: Cortante basal Método dinámicos: Respuesta lineal en el tiempo: integración directa paso a paso, con respuesta elástica. Respuesta NO lineal en el tiempo: integración directa paso a paso, considerando el comportamiento de la estructura conforme la degradación progresiva de las secciones de los elementos.

15 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO Ductilidad. Resistencia. Rigidez. Torsión Un buen diseño sismorresistente requiere un conocimiento profundo del comportamiento de las estructuras ante las acciones sísmicas. Un proyecto estructural que sólo cumpla con los requisitos del reglamento no es satisfactorio.

16 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Ductilidad. Capacidad de los materiales, conexiones y sistemas para absorber energía y mantener la capacidad resistente.

17 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pórticos desplazables o NO arriostrados Curvas teóricas. Relación histerética H-δ, considerando la acción gravitatoria

18 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pórticos arriostrados Con tensores en cruz de San Andrés Curva experimental y comparación con la teórica. Relación histerética H-δ, con acción gravitatoria

19 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Hormigón Armado Comportamiento a cortante Secciones con estribos simples Secciones con diagonales Relación histerética V-θ, con acción gravitatoria

20 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pared de mampostería falla por cortante Agrietamiento de panel De pilas y dinteles De muro armado

21 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pared de mampostería falla por cortante Curva experimental. Relación histerética H-δ, con acción gravitatoria

22 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pared de madera Comportamiento P-δ según el tipo de revestimiento.

23 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - DUCTILIDAD Pared de madera falla por cortante Curva experimental. Relación histerética P-δ

24 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - RESISTENCIA RESISTENCIA Capacidad de los materiales, elementos y sistemas para soportar esfuerzos (tracción, compresión, flexión, torsión) y mantener la estabilidad local y del conjunto Resistencia del material (Fy) Comportamiento bajo cargas (diagrama P-d) Esbeltez de las piezas: longitud de pandeo Esbeltez de los elementos seccionales Sistema de arriostramiento Combinación de los esfuerzos en la sección

25 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - RESISTENCIA RESISTENCIA FLEXOCOMPRESIÓN - TeóricaEsbeltez Momentos extremos

26 COMPORTAMIENTO DEL EDIFICIO - RESISTENCIA RESISTENCIA FLEXOCOMPRESIÓN - Experimental Esbeltez Momentos extremos Pandeo lateral torsional