ingieneria sismica - upao 2015
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Ingieneria SismicaTRANSCRIPT
-
INGENIERA
SISMICA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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TEORIAS SOBRE GENERACION DE
SISMOS
-
PREDICCIN SSMICA
TEORA DEL SILENCIO SSMICO
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MEDIDA DE LOS SISMOS
Magnitud Cuantitativo Ej. Sismo de 1970; 7.8
Intensidad. Percepcin humana y efectos sobre las construcciones y la naturaleza I-XII.
Escalas de Magnitud: Ms, Mb, Ml, Mw
Escalas de Intensidades: MM, MSK
MMA 2001
I No sentido. Solo registro instrumental
II V Percepcin humana
VI IX Daos en construcciones
X XII Efectos sobre la Naturaleza
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EFECTOS SSMICOS, ESCALA MM
FALTA UNA FIGURA MAS
VI
VII
VIII
IX
XI
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PELIGRO O AMENAZA SSMICA
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INFLUENCIA DEL SITIO
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REGISTROS DE SISMOS DE GRAN
MAGNITUD
Influencia del sitio
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REGISTRO DE ACELEROGRAMAS
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TSUNAMIS Grandes olas en la costa
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VICTIMAS Y DAOS CAUSADOS POR
TSUNAMIS
En Sanriku, Japn: 20000 vctimas en 1896 y 3000 en
1933
Callao, Per, 1746, de 5000 habitantes slo se
salvaron 200
Sur de Chile 1960, 1000 vctimas
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TSUNAMI, EFECTOS REGIONALES,
23.06.2001
-
DAOS AL SUR DE CAMANA 2001
IMPACTO & EROSION
SALINIZACION
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GENERACIN DE TSUNAMIS
Gran mayora, origen tectnico
(Embolo de forma elptica)
Erupciones volcnicas
Grandes deslizamientos
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MAGNITUD DE TSUNAMIS
(Segn Imamura)
Magnitud
Altura
m
Daos
0
1
2
3*
4*
1 a 2
2 a 3
4 a 6
10 ~ 20
> 30 m
No hay
Inundacin. Viviendas de madera y
adobe daadas. Botes arrastrados.
Construcciones de madera.
Embarcaciones y personas
arrastradas
Graves daos en 400 km costa
Destruccin > 500 km costa
* Usar con reserva, fuera de Sanriku, Japn
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FACTORES QUE AFECTAN MAGNITUD
DE TSUNAMIS
Magnitud sismo y profundidad focal
rea dislocada en el fondo ocenico
Ruta de propagacin
ngulo de entrada a la baha
Forma de la baha
Topografa zona inundada
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PROPAGACIN DE TSUNAMIS
Curvas de refraccin Tsunami, Lima 03.10.1974
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MAPA DE INUNDACIN DEL CALLAO
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RIESGO COMPUESTO Colapso de viviendas/tsunamis
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COMPLEJO DE REFUGIO TEMPORAL
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LECCIONES DE UN ENSAYO DE
EVACUACIN (1988)
Formulacin del plan Supervisin y evaluacin
Ensayos previos de evacuacin Evaluacin integral
Difusin
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DAOS
ESTRUCTURALES EN
EDIFICACIONES DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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...a las personas no los mata el sismo, sino los edificios
Kliachko M.A.
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MAPA SISMICO DEL PERU
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ACTIVIDAD SISMICA EN EL PERU
ENTRE 1960-1995
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ENSEANZAS DEJADAS POR LOS
SISMOS EN EL PERU
-
SISMO DE CHIMBOTE
31 DE MAYO DE 1970
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EPICENTRO
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MAPA DE INTENSIDADES ZONA NORTE
-
MAPA DE INTENSIDADES ZONA CENTRAL
-
MAPA DE INTENSIDADES ZONA SUR
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PLAZA DE ARMAS DE YUNGAY DESPUES
DEL SISMO
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SISMO DE NAZCA
12 DE NOVIEMBRE DE 1996
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MAPA DE INTENSIDADES
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900 REPLICAS
-
PROBLEMAS EN JUNTAS
-
SISMO DE OCOA
23 DE JUNIO DEL 2001
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REPLICAS AL 25 DE JUNIO DEL 2001
-
REPLICAS AL 27 DE JUNIO DEL 2001
-
REPLICAS AL 10 DE JULIO DEL 2001
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COLUMNA CORTA
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SISMO DE MOYOBAMBA
03 DE OCTUBRE DEL 2005
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DAOS EN VIVIENDAS DE TAPIAL
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LICUACION DE SUELOS Y AGRIETAMIENTOS
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ENSEANZAS DEJADAS POR LOS
SISMOS EN EL MUNDO
-
SISMO DE ALASKA
27 DE MARZO DE 1964
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EDIFICIO DE LA CALLE L
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ROTULAS PLASTICAS EN LAS COLUMNAS
-
LICUACION DE SUELOS
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CIUDAD DE SEWARD DESPUES DEL TSUNAMI
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VISTA DE ANCHORAGE
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SISMO DE CARACAS
29 DE JULIO DE 1967
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CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN LAS
COLUMNAS DEBIDO AL CAMBIO DE RIGIDEZ EL EL
3ER PISO
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DERRUMBE DE LOS 4 ULTIMOS PISOS DEL
EDIFICIO MANSION CHARAIMA(11 PISOS)
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FALLA EN CONEXION VIGA COLUMNA
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FALLA POR CORTE EN COLUMNA
DEL 1ER PISO
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FALLA POR CORTE EN LAS VIGAS
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PISO BLANDO
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SISMO DE MEXICO
19 DE SETIEMBRE DE 1985
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CONFIGURACION EN L
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CENTRAL DE TELECOMUNICACIONES
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SISMO DE KOBE
17 DE ENERO DE 1995
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DESTRUCCION DE VIVIENDAS
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FALLA POR TIPO DE SUELO
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ESTADO DE LA LINEA EXPRESA
-
INCENDIO EN LA FABRICA DE
ACERO ESTRUCTURAL
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COMUNICACION TEMPORAL
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MAREMOTO
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REFUGIO DE DAMNIFICADOS
-
COLAS PARA OBTENER
ALIMENTOS
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INSCRIPCION DE DAMNIFICADOS
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ZONA DE PREVENCION ANTE
POSIBLES REPLICAS
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PROCESO DE RECONSTRUCCION
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KOBE DESPUES DEL SISMO DEL 17 DE ENERO DE 1995 Y
EN LA ACTUALIDAD
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Es el armazn que le da
forma a un edificio
(Esqueleto)
Sostiene a un edificio, lo
fija al suelo y hace que
las cargas se
transmitan a ste
Lo que hace resistente a
una edificacin ante
movimientos ssmicos
CRITERIOS ESTRUCTURALES Y
GEOTECNICOS EN EDIFICACIONES
-
ARQUITECTURA
ESTRUCTURACIN
PRE-DIMENSIONAMIENTO
METRADO CARGA VERTICAL
100%CM+100%CV
METRADO CARGA LATERAL (SISMO)
100%CM+___%CV
NORMA DISEO SSMICO
MODELACIN 1 MODELACIN 2
ANLISIS POR CARGA VERTICAL
CONTROL 1 , 2
ANLISIS POR CARGA LATERAL
CONTROL 3 Ok Ok No
DISEO ESTRUCTURAL
No
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Controles por carga vertical
E030 2006
PERFIL SUELO qa (kg/cm2)
S1 RIGIDO >3
S2 INTERMEDIO 1.2 3
S3 FLEXIBLE
E030 2014
S0 ROCA DURA >6
S1 MUY RIGIDO 3 6
S2 INTERMEDIO 1.2 3
S3 FLEXIBLE
1) Capacidad Portante: Resistencia del terreno
-
2) Asentamiento
2.1) Asentamiento tolerable: Consecuencia del proceso
constructivo (cohesin molecular del suelo)
-
E030 - 2006
PERFIL SUELO St (cm) C1 kg/cm3
S1 Rgido
S2 Intermedio 0.5 1 3 6
S3 Flexible 1 1.5
E030 2014
S0 Roca 0
S1 Rgido 6 12
S2 Intermedio 0.5 1 3 6
S3 Flexible 1 1.5
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2.2) Asentamiento diferencial: Es la diferencia que se
produce entre las zapatas en relacin una con otra.
Evitar prdida de
estabilidad de la
superestructura
-
Control por carga lateral (sismo) Control de desplazamiento lateral o control de deriva
(drift)
-Se procede a
realizar las
combinaciones
de cargas segn
E060
-Si no cumple,
es un Edificio
Flexible, por lo
tanto se debe
reforzar.
Evitar
perdida de
estabilidad
100
4
3
2
1
H4
H3
H2
H1
i-1
Hi
i-1 i-i-1 i-i-1
Hi
F4
F3
F2
F1
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REQUISITOS
PARA MUROS
CONFINADOS
SEGN
NORMA E070
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PREDIMENSIONAMIENTO
DE ELEMENTOS
ESTRUCTURALES Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO
PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM-Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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LOSAS ALIGERADAS:
El peralte de las losas aligeradas podrn ser dimensionadas considerando el siguiente criterio:
H=Ln/25
Siendo:
Ln longitud del lado menor
-
H = altura o espesor total de la losa aligerada y
por tanto incluye los 5cm de losa superior y el
espesor del ladrillo de techo. Los ladrillos sern
de 12, 15, 20 y 25cm respectivamente
El Arquitecto y el Ingeniero Civil debern tener
en cuenta la determinacin de la altura de piso
a piso, el espesor anteriormente indicado y la
consideracin de 5cm adicionales para el
denominado piso terminado
-
LOSAS MACIZAS:
Las losas macizas pueden ser dimensionadas en forma aproximada, considerando:
Hmaciza = Haligerada 5cm
Tambin se puede aplicar el siguiente criterio:
H=L/40
Siendo:
L longitud del lado mayor
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PREDIMENSIONAMIENTO DE
VIGAS
Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre. Debe aclararse que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso
El ancho es variable de 1/2 a 2/3 veces su altura, teniendo en cuenta un ancho mnimo de 25cm, con la finalidad de evitar el congestionamiento del acero y presencia de cangrejeras
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PREDIMENSIONAMIENTO DE
COLUMNAS
Las columnas al ser sometidas a cargas
axiales y momento flector, tienen que ser
dimensionadas considerando los dos efectos
simultneamente, tratando de evaluar cual de
los dos es el que gobierna en forma ms
influyente en dimensionamiento
En base a todo lo indicado se puede
recomendar el siguiente criterio de
dimensionamiento:
-
1) COLUMNAS CENTRADAS :
rea de columna = P (servicio) / 0,45fc
2) COLUMNAS EXCENTRICAS Y ESQUINADAS :
rea de columna = P (servicio) / 0,35fc
Siendo:
P(servicio) = P . A . N
Edificios categora A (ver E030) P = 1500 kg/m2
Edificios categora B (ver E030) P = 1250 kg/m2
Edificios categora C (ver E030) P = 1000 kg/m2
A rea tributaria
N nmero de pisos
-
METODO PRACTICO 1
TIPO 1 : lado = H/8
TIPO 2 : lado = H/10
TIPO 3 : lado = H/9
Donde: H = altura
del piso
METODO PRACTICO 2
El lado de la columna debe ser entre el 80% y 90% del
peralte de la viga
-
PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS
Es difcil poder fijar un dimensionamiento para las placas
puesto que, como su principal funcin es absorber las
fuerzas de sismo, mientras ms importantes sean, tomarn
un mayor porcentaje del cortante ssmico total, aliviando
ms a los prticos.
Las placas pueden hacerse mnimo de 10cm de espesor
(muros de ductilidad limitada), pero generalmente se
consideran de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el
numero de pisos o disminuyamos su densidad
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ANALISIS SISMICO
ESTATICO DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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CRITERIOS DE MODELACION
ESTRUCTURAL
1) DIAGRAMA RIGIDO LA LOSA TRABAJA COMO UNA PLACA HORIZONTAL DONDE EL
MOVIMIENTO DE CADA NUDO DEPENDERA DEL MOVIMIENTO
DEL CENTRO DE MASA
SAP 2000 DIAFRAGMA CONTRAIDO
CM2
CM1
CG
CM Debe alinearse lo mas cercano posible
(evitar daos en los elementos de corte por
torsin diferente en cada piso)
-
2) BRAZO RIGIDO VIGA - COLUMNA
INICIO c/2
FINAL d/2
FACTOR 1
COLUMNA - ZAPATA
INICIO z/2
FINAL 0
FACTOR 1
-
RESTRICCIONES CINEMTICAS
-
ANALISIS ESTATICO POR LA
NORMA PERUANA E030-2014
-
DAOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO SISMICO
Base aislada Base
empotrada
junta ssmica
-
Irregularidades en altura (Tabla N 8)
-
131
-
Irregularidades en planta (Tabla N 9)
-
Junta Ssmica (Art. 5.3)
Distancia mnima que separa a dos estructuras para evitar el contacto durante un sismo.
La distancia no ser menor a 2/3 de la suma de los desplazamientos mxima en los bloques adyacentes:
Junta Ssmica
-
Fuerza Ssmica de Diseo (Art. 5.4)
Si un muro o prtico absorbe > 30% Vtotal ser diseado con un
25% adicional
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ANALISIS SISMICO
DINAMICO DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
-
Anlisis
Ssmico
Anlisis
Modal
Anlisis
Espectral
+ =
-
ANALISIS MODAL
T1 = 0,1 . (Npisos) (seg)
-
OFICINA DE PROYECTO APLICA 3 MODOS POR CADA PISO
MODO
PERIODO (seg)
MODO
1 2 3 4 3 6 7 1 2 3 4 3 6 7
FRECUENCIA (Hz)
-
MASAS
-
ACELERACION ESPECTRAL 2014
FACTOR DE ESCALA
-
INTERACCION
SUELO-ESTRUCTURA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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ES UN TRABAJO CONJUNTO SUELO CIMENTACION SUPERESTRUCTURA
TRABAJO MAS REAL Y CUMPLE LOS FINES DE LA INGENIERIA SISMORESISTENTE
ENFOQUE TRADICIONAL : EMPOTRAMIENTO EN LA BASE
(ESTRUCTURA MUY ENTERRADA Y EL SUELO ES MUY RIGIDO)
ENFOQUE ISE
GEOTECNICO - Comit TC207 de ISSMGE www.issmge.org
ESTRUCTURAL Normas de Diseo Sismo-Resistente utilizando
coeficientes de rigidez
-
www.tc207ssi.org
-
www.georec.spb.ru
-
www.niiosp.ru
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APORTES DE LA ISE AL CALCULO ESTRUCTURAL
- MAYOR EXIGENCIA EN EL CONTROL DE DESPLAZAMINETO LATERAL (SE
INCREMENTA EN COMPARACION CON EL MODELO EMPOTRADO EN LA BASE)
- LOGRA UNA MEJOR REDISTRIBUCION DE ESFUERZOS (SE REDUCEN LAS
FUERZAS INTERNAS DE DISEO POR SISMO, SI EL EDIFICIO ESTA
CORRECTAMENTE MODELADO, CASO CONTRARIO SE INCREMENTARA
.emp < .ISE
F.emp > F.ISE
- DETERMINAN FALLAS A PRIORI COMO ALABEO EN LOSAS
-
ALABEO EN LOSAS
1
2 3
4
Z1 Z3 + -
Z2 Z4 - +
- SE DETERMINA CON EXACTITUD LA UBICACIN DE LAS ROTULAS PLASTICAS EN COLUMNAS
(PUEDE GENERAR COLAPSO O DAO INESPERADO)
ROTULA PLASTICA (ALTA CONCENTRACION DE ESFUERZOS
I.col > I.viga EVITA UNA RAPIDA APARICION DE ROTURA PLASTICA
- LOGRA UNA OPTIMIZACION ESTRUCTURAL
-
ZAPATAS AISLADAS (PARALELEPIPEDO RECTANGULAR)
MASAS (Mx, My, Mz, Mx, My, Mz)
COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz,
Kx, Ky, Kz)
MATERIAL
E zapata = 9.10e8T/m2
zapata = 0,05
Zapata se modela como infinitamente rgido
-
(tn.s.m)
(tn.s.m)
(tn.s.m)
(tn.s/m)
-
PLATEA (LAMINA RECTANGULAR DELGADA)
MASAS (Mx, My, Mz, Mx, My, Mz)
COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz,
Kx, Ky, Kz)
MATERIAL
E platea = 9.10e8 tn/m
platea = 0,05
Platea se modela como infinitamente rgido
-
(tn.s.m)
(tn.s/m)
(tn.s.m)
(tn.s.m)
-
1) PRESION ESTATICA
ZAPATA (kg/cm)
PLATEA (kg/cm)
2) COEFICIENTE Co (tabla 2.1 texto)
3) COEFICIENTE Do
Coeficiente de POISSON
MODELO BARKAN - SAVINOV
-
4) COEFICIENTES ( Cx, Cy, Cz, Cx, Cy)
(kg/cm)
(kg/cm)
(kg/cm)
(kg/cm)
-
5) COEFICIENTES DE RIGIDEZ
Kx = Ky = Cx.A (tn/m)
Kz = Cz.A (tn/m)
Kx = Cx.Ix (tn.m)
Ky = Cy.Iy (tn.m)
-
MODELO NORMA RUSA
1) COEFICIENTE Cz Siendo:
A10 = 10 m
A = AREA DE
CIMENTACION
2) COEFICIENTES Cx, Cy, Cx, Cy, Cz )
Cx = Cy = 0,7 Cz (kg/cm)
Cx = Cy = 2Cz (kg/cm)
Cz =Cz (kg/cm)
(kg/cm)
-
3) COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky; Kz, Kx, Ky, Kz)
Kx = Ky = Cx.A (tn/m)
Kz = Cz.A (tn/m)
Kz = Cx.Ix (tn.m)
Ky = Cy.Iy (tn.m)
Kz = Cz.Iz (tn.m)
Iz = Ix + Iy
-
EDIFICACIONES CON
DISIPADORES DE
ENERGIA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia
PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador
PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO
PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN
PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
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VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGA
VENTAJAS
TCNICAS
VENTAJAS
FUNCIONALES
VENTAJAS
ECONMICAS
Reducen los desplazamientos de la
estructura.
Disipan entre un 20% y 40% la energa
ssmica.
Reducen fuerzas de diseo ssmico .
Ideales para aplicaciones en
edificios nuevos y
tambin para
reforzamientos.
Estticos.
Fcil montaje e instalacin.
Retornan a su posicin inicial luego de un
sismo severo.
Calibracin post sismo.
Permiten reducir volumen de concreto y
acero con menores
espesores de placas,
columnas y vigas.
Disminuyen daos en equipamiento y
elementos
no estructurales.
-
EDIFICIO REDUCTO
-
PREMIO NACIONAL
ANR 2008
-
-300
-200
-100
0
100
200
300
0 10 20 30 40 50 60 70
Tiempo (s)
Ace
lera
cin (
cm/s
2)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 0.5 1 1.5 2
Periodo (s)
Pse
ud
o a
cele
raci
on
esp
ectr
al (
cm/s
2)
-
N Coeficiente de
amortiguamiento
(T.s/m)
Exponente de
amortiguamiento
Rigidez
(T/m)
Fluencia
(T)
Radio de
rigidez
post-
fluencia
Exponente
de fluencia
VD 10,85 0,5 54,25 - - -
VE 177,65 1,0 882,43 - - -
FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5
YD - - 2500 3,25 0,025 2,0
-
REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966
N Perodo de vibracin por la forma (s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
SD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027
VD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027
VE 0.815 0,510 0,473 0,259 0,160 0,150 0,147 0,091 0,081 0,027 0,027 0,027
FD 0,382 0,286 0,218 0,128 0,095 0,079 0,074 0,058 0,046 0,027 0,027 0,027
YD 0,705 0,457 0,418 0,230 0,145 0,138 0,135 0,084 0,078 0,027 0,027 0,027
N
Estructura
Piso
Desplazamiento Distorsin
(cm)
(cm)
SD
Sin disipadores
3
2
1
7,15
5,86
3,43
5,12
4,09
2,22
0,0043
0,0081
0,0098
0,0034
0,0062
0,0063
VD
Disipadores
viscosos
no-lineales
3
2
1
4,19
3,47
2,09
4,56
3,64
1,99
0,0024
0,0046
0,0060
0,0031
0,0055
0,0057
VE
Disipadores
viscoelsticos
slidos
3
2
1
4,67
3,76
2,10
4,05
3,23
1,77
0,0031
0,0055
0,0060
0,0027
0,0049
0,0050
FD
Disipadores
por
friccin
3
2
1
4,43
3,59
2,11
4,49
3,60
1,96
0,0028
0,0049
0,0060
0,0030
0,0055
0,0056
YD
Disipadores por
plastificacin de
metales (fluencia)
3
2
1
4,61
3,72
2,10
3,93
3,10
1,63
0,0030
0,0054
0,0060
0,0028
0,0049
0,0047
mxX mxYmxx mxy
-
N
Estructura
Fuerzas internas (columnas 1er piso)
(T)
(T)
(T.m)
(T.m)
SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64
VD Dis. Viscosos NL 192,89 260,26 555,24 5,92
VE Dis. Viscoelsticos 211,75 262,85 555,53 5,93
FD Dis. Friccin 205,96 261,97 558,05 4,92
YD Dis. Fluencia 196,26 255,36 546,39 4,56
mxN mxV mxM mx,tM
N
Estructura
Columna
(T)
(T)
(T.m)
(T.m)
SD Sin disipadores 29,24
(2,62)
23,00
(6,10)
46,57
(6,10)
0,54
(varios)
VD Dis. Viscosos NL 23,55
(2,62)
20,69
(6,10)
41,81
(6,10)
0,37
(varios)
VE Dis. Viscoelsticos 22,52
(18,46)
18,55
(6,10)
37,32
(6,10)
0,37
(varios)
FD Dis. Friccin 23,70
(2,62)
20,26
(6,10)
41,04
(6,10)
0,31
(varios)
YD Dis. Fluencia 23,44
(2,62)
15,39
(6,10)
34,45
(6,10)
0,28
(varios)
mxN mxV mxM mx,tM
-
Edificio sin disipadores
Edificio con disipador viscoso
-
Disipador viscoelstico
Edificio con disipador
por fluencia
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01
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Desplazamientos (cm)
Pis
os
VD SD VE FD YD
32
36
40
44
48
SD VD VE FD YD
Modelos Dinmicos
Mom
ento
fle
ctor
(T.m
)
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FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA CIVIL
EVALUACION DEL PROYECTO ESTRUCTURAL Y
OPTIMIZACION DEL DISEO CON DISIPADORES
DE ENERGIA VISCOSOS TAYLOR PARA UNA
EDIFICACION ESENCIAL DE 6 PISOS
Autor : Bach. Daz la Rosa Snchez, Marco
Asesor : Ph.D. Genner Villarreal Castro
La Libertad Trujillo Noviembre del 2014
rea de Investigacin: Ingeniera Estructural
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SISTEMAS CON DISIPADORES DE ENERGA
Disipadores de energa
Dependientes del
desplazamiento
Dependientes de
la velocidad
Dependientes del
desplazamiento y la velocidad
Viscosos Histerticos
Fluido viscosos Friccin Plastificacin
Viscoelsticos
Slido Viscoelstico Fluido Viscoelstico
Flexin
Corte
Torsin
Extrusin
Fuente : Norma ASCE 7-10 / Cap.18 Disipador metlico ADAS
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TAYLOR Y EL FUNCIONAMIENTO DE LOS DISIPADORES
Pistn Cilindro Fluido de Silicona
compresible
Cabeza del pistn
(con orificios)
Cmara 2 Cmara 3
Cmara 1
Cmara de estancamiento Fluido compresible
Entrada principal
Entrada Secundaria
Corte de un disipador viscoso
Detalle de la cabeza del pistn
Funcionamiento de los
disipadores viscosos
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MODELAMIENTO DE LOS DISIPADORES EN EL ETABS V.9.7.4
Rigidez del brazo metlico(K)
Coeficiente de amortiguamiento(C)
E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.
A: rea de la seccin del brazo metlico.
L: Longitud del brazo metlico.
Se calcula en base a un amortiguamiento objetivo
Su valor se fija usualmente en 0.4 a 0.6 para edificaciones
SAP 2000 / ETABS Modeling
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CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO C
Ecuaciones del Fema 273 y 274
Seismic Design of Structures with
Viscous Dampers
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Factor de reduccin de respuesta (B)
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RELACION DAO-DERIVA SEGN METODOLOGIA HAZUS
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COMPORTAMIENTO HISTERETICO
La curva que describe el comportamiento
Histretico de un disipador de energa
fluido-viscoso es generalmente de
geometra elptica, alcanzando los valores
mximos de fuerza para desplazamientos
nulos.
Comportamiento histertico del disipador viscoso
Comportamiento histertico del disipador viscoso
Relacin desplazamiento Vs Fuerza (Curva Histretica)
de un disipador viscoso.
(Dispositivos pasivos de disipacin de energa para
diseo sismorresistente de estructuras)
(Diseo de un edificio aporticado con amortiguadores de fluido-
viscoso en disposicin diagonal)
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RECOMENDACIONES PARA EL DISEO
(ASCE 7-10 CAPITULO 18)
Procedimientos no lineales
Anlisis de la respuesta No-Lineal Tiempo-Historia.
Anlisis No-lineal esttico.
Procedimientos lineales
Anlisis de la respuesta espectral.
Anlisis de fuerza lateral equivalente.
Procedimientos para el analisis
Recomendaciones para el anlisis tiempo historia
Los registros deben ser concordantes con las caractersticas del suelo de
cimentacin del proyecto
Los registros deben ser escalados individualmente (E-W y N-S por separado) al
espectro de diseo (con R=1)
Se debe emplear un mnimo de 3 pares de registros ssmicos
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Recomendaciones para el diseo de las conexiones metlicas
Recomendaciones para la modelacin
Las conexiones deben ser diseadas empleando el criterio de diseo por resistencia
Deben ser diseadas para que resistan las fuerzas, desplazamientos y velocidades
del mximo sismo esperado (igual a 1.5 del sismo de diseo)
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DESCRIPCIN DEL PROYECTO
Ubicacin:
Regin Lambayeque, Distrito
de Chiclayo, Provincia de
Chiclayo
Corresponde al proyecto de
un Hospital Clnico
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Disipadores
Viscosos
Disipadores
Viscosos
Disipadores
Viscosos
Vista en planta elementos de corte (1er-5to nivel)
Arriostramiento
metlico
Arriostramiento
metlico
Vista en planta elementos de corte (6to nivel)
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ESCALAMIENTO DE ACELEROGRAMAS AL ESPECTRO DE DISEO
Tiempo (s) Vs Aceleracin (cm/seg2)
Periodo (s) Vs Aceleracin (cm/seg2)
Sismomatch versin 2.1.0
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AMORTIGUAMIENTO REQUERIDO
Moquegua 2001
Deriva mxima
En Y-Y es de 9.71
En X-X es de 3.37
Deriva Objetivo
Metodologa HAZUS
Realizando clculos
Consideracin adicional
Siguiendo este concepto
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CALCULO DE LA RIGIDEZ DEL BRAZO METLICO (K)
E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.
A: rea de la seccin del brazo metlico.
L: Longitud del brazo metlico.
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CALCULO DEL COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO (C)
Empleando seis disipadores
por nivel se tendr:
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RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA CON LOS DISIPADORES
Reduccin de derivas
Como se puede observar la deriva mxima de 9.71 (edifico sin disipadores) se redujo hasta 5.87 , valor que es mucho menor al mximo permitido (7) de esta manera se satisfacerle las condiciones de la norma en cuanto al control de
derivas.
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VERIFICACIN DEL COMPORTAMIENTO HISTERTICO
El comportamiento
histertico del disipador D6
no se ajusta al esperado .
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Verificacin de derivas
Se puede ver un ligero incremento
en los desplazamientos de cada
nivel, as mismo la deriva mxima
de entrepiso se increment 0.07, lo cual demuestra que efectivamente
solo se requera de una arreglo
diagonal en el primer nivel en lugar
de un arreglo en doble diagonal.
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DESPLAZAMIENTOS EN LOS CENTROS DE MASA
La incorporacin de disipadores de energa viscosos a la estructura reduce los
desplazamientos de piso en un rango de entre 38 a 41% tal como se muestra en la
fig. 106 y tabla 62
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DERIVAS DE ENTREPISO
Las derivas de entrepiso se redujeron en un rango de entre 38 a 50% tal como se
aprecia en la fig.107 y tabla 63; es importante mencionar que la deriva mxima en
la estructura con disipadores de energa viscosos se presenta en el tercer piso y
es igual a 5.94
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ESFUERZOS MXIMOS EN LOS ELEMENTOS DE CORTE
Las fuerzas axiales ,cortantes y
momentos flectores se redujeron
tanto en placas como en columnas ,a
continuacin se muestran los
resultados obtenidos en la Placa P4
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Tabla N 68 Porcentaje de reduccin del momento flector en la Placa P4
Los momentos flectores para esta placa(P4) se redujeron en el orden de
34-36% ,tal como se muestra en la fig.114 y tabla 68
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ACELERACIN Y VELOCIDADES
En las grficas 123 y 125 se puede ver la comparacin entre las aceleraciones y
velocidades mximas del edificio sin/con disipadores; as mismo en las tablas 79 y 81
se muestra el porcentaje de reduccin de estos valores con el uso de disipadores
viscosos.
Tabla 79 Tabla 81
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AGRUPACIN DE LOS DISPOSITIVOS POR NIVELES DE FUERZA
En las tablas 83 y 84 se muestran los valores de las fuerzas mximas (ya sea
compresin/traccin) que se obtuvieron en los disipadores de energa bajo el
anlisis tiempo historia considerando el sismo de diseo. As mismo estas
fuerzas fueron normalizadas a los valores estndar del mercado (110Kip y 165
Kip)
Disipadores
al frente del
edificio
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Estos dispositivos fueron agrupados por sus niveles de fuerza para as poder ser
enviados a la fabricacin (Tabla 85)
Disipadores
al fondo del
edificio
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PRECIOS UNITARIOS DE LOS DISPOSITIVOS
Los disipadores viscosos Taylor tienden por lo general a presentar una baja
incidencia econmica en el presupuesto total de los proyectos donde son
implementados.
CDV Representaciones, empresa importadora y comercializadora de productos
especializados para la construccin, es la representante de la marca Taylor en el
Per. Para poder determinar el costo de cada disipador, esta empresa solicita la
siguiente informacin:
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Adems recomienda que para el diseo de los dispositivos se hayan tenido
en cuenta las recomendaciones del ASCE 7-10 (Capitulo18), y que los
registros tiempo historia empleados estn acorde a la realidad del proyecto(es
decir tomados en un suelo S3 Chiclayo), seala que estos registros deben de haber sido escalados adecuadamente al espectro de diseo (considerando
las condiciones de importancia, tipo de suelo, etc.)
Para este trabajo se tomaron en consideracin las recomendaciones
sealadas; de esta manera para el clculo de costos se cuenta con los
siguientes resultados del diseo.
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4)Mximo Stroke
El mximo stroke es el desplazamiento mximo que obtenemos en los dispositivos,
este dato es empleado para el diseo de la cmara de acumulacin.
Este valor se puede obtener evaluando las curvas hiterticas de cada disipador, en
este caso, el mximo stroke se encuentra en el dispositivo 4 (ver figura180)
Por lo general el fabricante maneja un factor de seguridad estableciendo
usualmente el stroke en 5cm
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6)Indicar la disposicin del disipador (diagonal, doble diagonal, Chevron)
Disposicin diagonal para los disipadores del primer nivel
Disposicin doble diagonal para los disipadores del 2-5to nivel
7)Cantidad de dispositivos(ver tabla 85 - diapositiva 39)
En total 27 dispositivos, 6 de 110KIP y 21 de 165KIP
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Una vez se brind la informacin requerida, los precios unitarios que se obtuvieron
fueron los siguientes:
Disipador de 110KIP: 6700 dlares
Disipador de 165KIP: 8500 dlares
As mismo, CDV representaciones nos brinda las siguientes consideraciones
relativas al precio:
- Los precios NO incluyen IGV.
- El precio de los disipadores es muy sensible con las cantidades que se requieren,
no es lo mismo solicitar 1 disipador, que 25 del mismo tipo; el precio variar en cada
caso.
-La actualizacin de precios se da muchas veces mensualmente, por lo que los
precios para este proyecto no podrn ser empleados para otros trabajos de
investigacin.
-Los precios establecidos incluyen ensayos de presin hidrosttica y ensayos de
velocidad (a cada disipador) para verificar las fuerzas pico. Los ensayos sern
hechos en los laboratorios del fabricante. La carga de prueba de cada disipador
ser 150% de la carga de diseo.
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- Los precios incluyen capacitacin/asesora en obra para la correcta colocacin y
montaje de los disipadores ssmicos.
- Los precios NO incluyen diagonales metlicas ni anclajes embebidos, ni ningn otro
accesorio metlico complementario.
- Los disipadores ssmicos cotizados cuentan con proteccin anticorrosiva para uso en
interiores.
-La Garanta del fabricante es de 35 aos
- Cualquier cambio en las cantidades implicar un cambio en los precios.
-La validez de la oferta es de 30 das.
INCREMENTO DEL PRESUPUESTO POR METRO CUADRADO
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MUCHAS GRACIAS!
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