Diseño Sismico

Código ACI para el Diseño Sísmico

El objetivo principal de las disposiciones especiales es garantizar una adecuada capacidad bajo los desplazamientos inelásticos oscilantes producidos por la carga sísmica.

Las disposiciones se aplican a pórticos, muros, diafragmas y cerchas en zonas de "amenaza sísmica alta", correspondientes a las zonas 3 y 4 del UBC y a pórticos, incluyendo sistemas de losa en dos direcciones, en zonas de "amenaza sísmica moderada" correspondientes a la zona 2 del UBC. No se establecen requisitos especiales para estructuras sometidas a amenaza sísmica baja o nula.

Debe considerarse el efecto de elementos no estructurales en la respuesta global de la estructura, al igual que la respuesta de los elementos no estructurales mismos. También deben tenerse en cuenta los elementos estructurales que no están específicamente dimensionados para soportar cargas sísmicas.

Para garantizar una adecuada ductilidad y capacidad bajo rotación inelástica, el Código ACI 21.1.4 especifica una resistencia del concreto mínima de 21MPA. Para concreto con agregados ligeros, se establece un límite superior en la resistencia del concreto de 35MPA; este límite se basa en una falta de evidencia experimental para concretos ligeros con resistencias mayores.

MEJORAS EN EL TIEMPO DEL DISEÑO ESTRUCTURAL

El Análisis Estructural es una rama antigua de la Ingeniería Civil, que se aplica en la ingeniería civil, podemos decir que es el responsable del diseño, planeamiento y cálculo de la parte estructural, (que forma un sistema integrado de vigas, columnas, losas, muros, presas, túneles, zapatas de cimentación y otros), que lo empleamos en los edificios urbanos, construcciones industriales, puentes, estructuras de desarrollo hidráulico y demás obras. Su propósito es la de obtener estructuras eficaces que resulten apropiadas a partir del punto de vista resistente. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica Newtoniana para el diseño de elementos y sistemas estructurales, que mayormente se necesita resolver problemas de alta complicación que se solucionan mediante técnicas de cálculo diferencial e integral de diversas variables, temas de álgebra lineal, ecuaciones diferenciales y métodos numéricos.

La ingeniería estructural es considerada como una reciente, a partir de 1683 cuando Galileo invento analizar una viga. Hasta entonces, se seguía un criterio empírico.

Entre los experimentos realizados por Galilei se encuentran los siguientes:

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En la actualidad para estas pruebas se utilizan maquinas que realizan las pruebas de esfuerzo con muestras (probetas) de el material a evaluar con mecanismos que marcan la cantidad de carga aplicada para que la probeta llegue a la rotura.

En la actualidad también se han creado programa para modelar, analizar y diseñar las estructuras ya sea en el plano o en el espacio. Entre ellos podemos citar:

Y a estos cada cierto tiempo los fabricantes van lanzando versiones nuevas con mejoras que van simplificando el tiempo del cálculo de las estructuras y agregándole nuevas herramientas para hacer más eficiente el uso del programa y que los resultados arrojados por estos sean más cercanos a lo real.

Diseño sísmico de edificaciones

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La Ingeniería Sismo-resistente es una propiedad o atributo de que se dota a una edificación, mediante la aplicación de técnicas de diseño de su configuración geométrica y la incorporación en su constitución física, de componentes estructurales especiales que la capacitan para resistir las fuerzas que se presentan durante un movimiento sísmico, lo que se traduce en protección de la vida de los ocupantes y de la integridad del edificio mismo.

Es una tecnología que diseña y ejecuta procesos constructivos con elementos estructurales, distribuidas previa aplicación de principios básicos como la simplicidad, simetría, resistencia, rigidez y continuidad de las obras, que les permita resistir los usos y las cargas sísmicas a que estarán sometidas durante su vida útil y también a los sismos.

Conceptos Generales del Diseño Antisísmico

Se han de tener en cuenta:

Propiedades de los materiales de construcción

Características dinámicas del sistema del edificio

Características de las cargas de flexión de los componentes del edificio.

Para un diseño adecuado del edificio se debe de definir la categoría a la que pertenece el edificio y hacer una planificación adecuada del diseño que consistirá en:

Planificación del edificio, conceptos básicos a cumplir: simetría, regularidad, separación en bloques, simplicidad y área cerrada.

Escoger el lugar. Es muy importante la estabilidad del suelo: estabilidad de la losa, arenas muy débiles y arcillas inestables.

Diseño estructural: depende mucho del material y es el factor más importante

Resistencia al fuego: se ha de tener en cuenta a la hora de escoger los materiales

Para un buen diseño estructural sismorresistente se ha de tener en cuenta lo siguiente:

Un buen suelo de base

Utilizar un mortero de junta de ladrillos de buena calidad

Se han de poner paredes de cizalla en lugares concretos

Losas de techo y suelo han de estar suficientemente ligadas a las paredes

Siempre es mejor una estructura deformable que una muy rígida.

Diseño Sismico de Puentes

Se propone un procedimiento de diseño sísmico de columnas de puentes de concreto reforzado, basado en desplazamiento, en el que se establece el cumplimiento de dos niveles de desempeño: servicio y supervivencia. La capacidad de desplazamiento de las columnas de sección rectangular y circular se calcula con expresiones empíricas en función de las dimensiones de la sección, de su cuantía de refuerzo longitudinal, de la carga axial, del refuerzo de confinamiento y de la esbeltez.

En muchos casos la falla por sismos de puentes de concreto se ha atribuido a insuficiencia en la capacidad de desplazamientos de sus columnas para absorber las grandes demandas de deformación inelástica inducida por la vibración de la estructura.

DISEÑO BASADO EN DESPLAZAMIENTO

En los últimos años se ha estado implementando el diseño basado en desplazamiento dentro del diseño sísmico de puentes. La razón de adoptar este procedimiento obedece a que los estados límites de daño pueden relacionarse adecuadamente con los límites de deformación, que a su vez son convertidos en

desplazamientos equivalentes, con los cuales el daño estructural puede ser controlado eficientemente mejor que con límites de resistencia. Dentro de los métodos de diseño basado en desplazamiento existen diferentes enfoques: diseño basado en desplazamiento directo, espectro del punto de fluencia y espectro de capacidad.

El procedimiento basado en desplazamiento directo, se deriva en gran medida del método de la estructura substituta desarrollado por Gulkan y Sozen (1974), para modelar un sistema inelástico con propiedades elásticas equivalentes. Con este enfoque se busca proveer al miembro de las características apropiadas, en cuanto a tamaño de la sección y cantidad de refuerzo y detallado, para desarrollar un

desplazamiento predeterminado para el sismo de diseño. Dentro de este procedimiento, generalmente se diseña para un comportamiento asociado a la respuesta última, por lo que se selecciona un desplazamiento objetivo.

Estados Limites.

Estado Limite de servicio.

Estado Limite de supervivencia.

El estado límite de servicio de un puente urbano corresponde al caso en que se pueda garantizar la operación inmediata del mismo después de un sismo, sin que para ello se requieran reparaciones. Para las columnas, esto se hizo corresponder a que no se presente agrietamiento residual perceptible. El control del ancho de grieta residual se considera más importante que el agrietamiento máximo producido bajo la acción sísmica, ya que del primero dependen tanto los efectos sicológicos del agrietamiento, como los posibles problemas de deterioro y corrosión. Se suele considerar que pasan desapercibidos anchos de grietas inferiores a 0.25 mm.

En el estado límite de supervivencia se acepta que en las columnas de puentes se presente daño severo, pero sin colapso para cuidar la integridad de los usuarios. Esto implica proveer a las columnas de la capacidad de deformación suficiente para resistir las demandas de deformación ante un sismo extraordinario. Esto da lugar a definir el estado límite de supervivencia de la columna con base en una capacidad de desplazamiento lateral, la cual no debe ser superada por la demandada por el sismo de diseño.

EFECTOS HIDRODINAMICOS EN EL ANALISIS SISMICO EN PRESAS BOVEDAS

La respuesta de una presa sola a una excitación sísmica es la típica de un sistema de varios grados de libertad cuyas matrices de masa, rigidez y amortiguamiento son independientes del contenido de frecuencias de la excitación. En cambio, a cusa de la presencia del agua embalsada, tanto las características dinámicas como la respuesta de la presa son distintas las de situación de embalse vacio.

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