Dinamica Estructural

TEMA: dinámica estructural

INTEGRANTES:

 Alfredo Gerónimo Panti Huacca 2012-37065

 Yoel Aguilar Pilco 2012-37088

 Ronald Pablo Gonzales Apaza 2012-37037

PROFESORA: Ing. Sally schevesta Aguilar

AÑO DE ESTUDIO: segundo año

FACULTAD Y ESCUELA: FIAG-ESIC

1. INTRODUCCIÓN

El objeto de la dinámica estructural es el análisis de estructuras bajo cargas dinámicas, es decir cargas que varían en el tiempo. Aunque la mayoría de las estructuras pueden diseñarse considerando sólo cargas estáticas, hay importantes excepciones que requieren del proyectista la posibilidad de distinguir entre cargas estáticas y dinámicas.

En realidad, las cargas accidentales o las cargas móviles, a diferencia del peso propio, rara vez son estrictamente estáticas porque su aplicación sobre la estructura requiere de un cierto tiempo que en definitiva debe ser analizado para establecer si se trata de una carga estática o dinámica. Sin embargo es intuitivamente válido aceptar que si la magnitud de la fuerza varia en forma suficientemente lenta no causará efectos dinámicos y podrá tratarse como estática.

Para determinar si la carga varía en forma “lenta” o “rápida” el valor de referencia para comparación es el “periodo natural de la estructura”. El periodo natural es el tiempo que tarda la estructura en recorrer un ciclo de vibración libre, es decir la vibración que ocurre después que finaliza la excitación externa o después que la carga deja de variar y se mantiene constante. El periodo natural depende de la masa, de la rigidez y de las condiciones de vínculo, todas éstas características intrínsecas o propias de la estructura.

El interés en el análisis de cargas dinámicas ha ido creciendo constantemente en los últimos tiempos, en parte debido a que el avance en la tecnología ha hecho posibles diseños más apropiados, y que las herramientas computacionales actuales permiten hacer con carácter rutinario cálculos que en otra época eran cuestiones de “especialistas” reservadas para casos muy especiales o importantes. Además, actualmente se proyectan estructuras más audaces (más grandes, livianas, etc.) que son más susceptibles a los efectos dinámicos porque son más flexibles y tienen periodos naturales altos, es decir que son más sensibles a variaciones de las cargas en el tiempo.

Las relaciones entre los desplazamientos y los esfuerzos de una estructura son las mismas ya consideradas en el análisis estático, independientemente que la carga sea de tipo estática o dinámica. Para el análisis dinámico es necesario introducir dos tipos de fuerzas que no ocurren en el caso estático:

i) Las fuerzas de inercia asociadas la propiedad de inercia de la masa de la estructura y de las componentes o partes no estructurales, y

ii) Las fuerzas de disipación de energía por diversos tipos de mecanismos de fricción (fricción seca, fricción viscosa, fricción seca en uniones estructurales).

El análisis dinámico apunta a determinar en primer término los desplazamientos de la estructura en función del tiempo, y a partir de ellos determinar los esfuerzos en la forma habitual (barra por barra) propia del método de rigidez tal como se lo ha visto para cargas estáticas.

2. ¿QUÉ ES LA DINÁMICA ESTRUCTURAL?

Como su nombre lo dice la dinámica estructural trata sobre las dinámica (cuerpos o estructuras en movimiento) aplicada a las estructuras en ingeniería civil este campo es amplio y debido a eso el estudio de la dinámica comprende las deformaciones y esfuerzos que presentan las estructuras debido a agentes (fuerzas) externas o de la misma estructura (peso propio)

Esfuerzo y deformación

 El esfuerzo se define aquí como la intensidad de las fuerzas componentes internas distribuidas que resisten un cambio en la forma de un cuerpo. El esfuerzo se define en términos de fuerza por unidad de área.

 La deformación se define como el cambio de forma de un cuerpo, el cual se debe al esfuerzo, al cambio térmico, al cambio de humedad o a otras causas. En conjunción con el esfuerzo directo, la deformación se supone como un cambio lineal y se mide en unidades de longitud.

Elasticidad

La elasticidad es aquella propiedad de un material por virtud de la cual las deformaciones causadas por el esfuerzo desaparecen al removérsele. Algunas sustancias, tales como los gases poseen únicamente elasticidad volumétrica, pero los sólidos pueden poseer, además, elasticidad de forma. Un cuerpo perfectamente elástico se concibe como uno que recobra completamente su forma y sus dimensiones originales al retirarse el esfuerzo.

3. ¿QUÉ ES UN SISTEMA DINÁMICO, EN QUE SE DIFERENCIA DE UN SISTEMA ESTÁTICO?

4. ¿CUÁLES SON LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DEL SUELO?

Propiedades dinámicas de los suelos

La amplificación del movimiento en el suelo está determinada por las propiedades dinámicas del suelo. Entre éstas, la rigidez del suelo y el amortiguamiento son las propiedades claves para el estudio de la respuesta de sitio. Una buena aproximación a la rigidez del suelo se obtiene a partir del módulo de corte G que se calcula por medio de la velocidad de las ondas sísmicas. La razón de amortiguamiento, ξ, muestra la capacidad que tiene el suelo para disipar la energia. Otras propiedades dinámicas son la densidad ρ y el índice de Poisson ν, pero éstas tienen menor influencia.

En la figura se muestra la caracterización de una columna litológica orientada a realizar un estudio de respuesta del suelo. Para cada estrato debe indicarse, al menos, su potencia, densidad y velocidad de las ondas sísmicas de cizalla. Información adicional sería el tipo de material, edad geológica, consistencia, límites de Atterberg, índice de plasticidad, humedad y profundidad del nivel freático, entre otros

5. ¿QUE ES UN ACELEROGRAMA?

DEFENICION:

Un acelerograma es una representación temporal de la aceleración que experimenta el suelo en un determinado punto durante un terremoto.

Los valores de la aceleración se obtienen mediante unos instrumentos llamados acelerógrafos, que registran la aceleración del suelo según tres direcciones perpendiculares; dos horizontales y una vertical. Debido a que la variación de la aceleración es muy irregular en el tiempo, es necesario que la toma de datos se realice en intervalos muy pequeños de tiempo, utilizándose generalmente valores de 0.01 o 0.02 s.

Los acelerogramas se caracterizan por ser altamente irregulares y oscilatorios, con pequeñas amplitudes iniciales que crecen rápidamente hasta alcanzar los valores máximos y decrecer igualmente rápido hasta que se detiene el movimiento.

En las siguientes figuras se muestran tres acelerogramas obtenidos en tres sitios diferentes durante un mismo terremoto. Como se aprecia a simple vista, las diferencias entre ellos son notables, lo que pone de manifiesto la importancia que tiene en la configuración del acelerograma, el punto de medición de las aceleraciones, y por tanto, el tipo de terreno existente entre el epicentro y el punto de observación.

Una de las características principales de un acelerograma es la aceleración máxima registrada, pero no la única, puesto que la respuesta de una estructura puede ser más desfavorable al someterla a un acelerograma con aceleraciones máximas menores que otro. Estas cuestiones se aprecian en los siguientes ejemplos simplificados, que sirven para poner en relieve otras características de los acelerogramas, como son la duración, el contenido de frecuencias y la “forma”.

Un espectro de respuesta asociado a un acelerograma es una curva que representa la aceleración máxima que experimentaría un oscilador de 1 grado de libertad y de periodo Ti si se sometiera al citado acelerograma. Un oscilador de periodo T1 experimentaría una aceleración a1; otro de T2 tendría a2 y así sucesivamente. La representación de todas estas parejas de valores [T,a] constituye un espectro de respuesta.

De estos ejemplos se pueden extraer las siguientes conclusiones:

Una aceleración máxima mayor no equivale a una respuesta mayor. La aceleración máxima del acelerograma del ejemplo 1 es mayor que la del ejemplo 2 (250 cm/s² frente a 150 cm/s²), sin embargo, el máximo del espectro de respuesta del acelerograma del ejemplo 2 (16 m/s²) es mayor que el del ejemplo 1 (11 m/s²).

Las mayores respuestas se obtienen para los periodos (frecuencias) predominantes en el acelerograma. Esta cuestión se aprecia claramente en el ejemplo 2: el periodo de las ondas cortas es igual a 0.08 s y el de las largas es igual a 0.24 s. En el espectro de respuesta se aprecia que los picos se producen para los mismos periodos (frecuencias). Esta característica se conoce por contenido en frecuencias del acelerograma. En el ejemplo 3, el periodo de las ondas largas aumenta a 0.48 s y el pico del espectro se desplaza al

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