Actividades Antisismica Parte I - 2011.pdf

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA

Ingeniería Ingeniería Antisísmi Anti sísmica ca 1 Guía de Activid Acti vida ades para Alumno s

Alejan Al ejandr dro o Muño Mu ñozz P.

2011

INGENIERIA ANTISISMICA 1 Guía de Actividades para Alumnos Actividades Preliminar es Repasar los siguientes temas: - Cálculo de desplazamientos en edificios tipo corte y flexión (Análisis Estructural). - Respuesta de osciladores de un grado de libertad (Física, Dinámica)

Tectónica de Placas Objetivo Revisar la teoría de placas tectónicas y comentar respecto a la distribución espacial de los terremotos. Detalles - Lea y comente el acápite “Tectónica de Placas” de los apuntes de clase. - Ubique páginas de Internet con información geológica local y mundial. - Ubique el territorio peruano en un mapa global de placas tectónicas y describa el tipo de terremoto más importante que afecta nuestro territorio.

Desplazamiento del suelo d urante un terremoto Objetivos - Familiarizarse con el uso de acelerogramas para fines de ingeniería. - Interpretar los valores máximos y el contenido de frecuencias de un registro de aceleración.

Detalles - Averigüe sobre los formatos disponibles para manejar los acelerogramas y grafique una señal peruana. - Obtenga el contenido de frecuencias de un acelerograma usando herramientas de computación (Nonlin, BiSpec).

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Mapas de isosistas Objetivo Conocer la información que se puede obtener de un mapa de isosistas. Detalle Descargue de Internet el mapa de isosistas de un terremoto reciente. Comente sobre la distribución de intensidades, la extensión de la zona afectada, la orientación del plano de falla, etc.

Catálogos sísmicos Objetivo Conocer cómo se almacena la información más importante de los terremotos para el estudio de su distribución espacial y temporal. Detalles - Ubique un catálogo nacional e imprima una porción. - Ubique catálogos internacionales.


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Leyes d e Atenuación Objetivo Familiarizarse con el uso de las leyes de atenuación para fines de ingeniería.

Ciudad 1 Foco

R 1

R2 Ciudad 2

Detalle Estime la aceleración en diferentes sitios de producirse un terremoto de una magnitud determinada. Para esto cuenta con leyes de atenuación y un mapa geográfico con la ubicación del epicentro y las ciudades donde hacer la estimación.

Enfoque probabilístico del peligro sísmico Objetivo Comprender la naturaleza aleatoria del fenómeno sísmico y estudiar los procedimientos para cuantificar el peligro con fines de ingeniería. Detalle Dada una fuente sísmica y un emplazamiento “E” distante “R” kilómetros de la fuente, construya curvas aceleración esperada en “E” versus confiabilidad para periodos de exposición de 1, 50 y 100 años.


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E R

a vs. confiabilidad t = 1,50,100 años

FUENTE SÍSMICA

Resistencia y ri gidez estructural Objetivo Precisar los conceptos de rigidez y resistencia estructural. Detalle En cada uno de los siguientes casos determine la rigidez y resistencia: a) Una varilla de acero con características conocidas se somete a una fuerza normal (F). (kg/cm²)

F

a (x10 ³)

L

b

E, A, L conocidos Material conocido

c Material

b) La armadura mostrada en la figura sometida a la fuerza lateral (F).

F

H

EA = (kg/cm²)

EA =

EA =

a (x10 ³) b

Cables

c

Material de cables

L H, L conocidos Area y material de cables conocidos


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c) Una columna en voladizo sometida a la fuerza lateral (F).

F

M (ton-m)

b a

Mu

x-x x

x

My

=

H

Rótula plástica equivalente

giro ( ) r

y

Rótula conocida b

Conocidos a,b, H y E

Conocidos My, Mu, y, r

Fase Elástica

Fase Inelástica

d) Un pórtico sometido a la fuerza lateral (F).

F

y y

H

x

x

Y-Y

X-X

Conocidos: a, b, d, H, L E concreto

L Fase Elástic a

M (ton-m) RV

F

Mu My

=

RC

y

giro ( ) r

Rótula conocida

Fase Inelástica

Para vigas y columnas: Conocidos My, Mu, y, r


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Periodo fundamental de estructuras simples de masa concentrada Objetivo Aprender a estimar el periodo fundamental de estructuras simples. Detalle Para el tanque elevado que se muestra halle su rigidez y masa y calcule su periodo en cada uno de los siguientes casos: a) Vigas indeformables a flexión (EI viga = ∞) b) Vigas muy flexibles (EI viga = 0) c) Vigas rectangulares de b x t

L

0.60 m Hagua

H

0.20 m 0.20 m

x

x

L

H2

viga (bxt)

Col: l x l H1

Conocidos: H, H1, H2, L l , b, t Econcreto

x-x L


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Respuesta de estructuras en vibr ación libr e Objetivo Comprender el comportamiento de las estructuras en vibración libre y cuantificar la influencia del amortiguamiento.

x

Detalle La estructura del ejemplo anterior (tanque elevado) se somete a un desplazamiento inicial ( ∆o). Determine su respuesta en el tiempo y cuánto decrece porcentualmente la amplitud luego de 2, 3 y 5 ciclos.

Respuesta de estruct uras ante cargas armóni cas Objetivo Familiarizar al estudiante con el comportamiento de estructuras sometidas a cargas armónicas.

x F(t)

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Detalle a) Utilizando un programa de computación calcule la respuesta de una estructura sometida a una carga armónica. b) Comente sobre la componente trasiente y estacionaria de la respuesta. c) Usando cálculos manuales estime la respuesta máxima de la estructura y compare con lo obtenido en el programa de computación.

d) Comente respecto a la diferencia entre los resultados encontrados en (a) y (c).

Respuesta de estructuras a señales sísmicas Objetivo Entender las diferentes fuerzas que actúan sobre una estructura durante un terremoto y tener una noción de los órdenes de magnitud de la repuesta.

t

t

Detalles a) Usando un programa de computación someta a una estructura de un grado de libertad a una señal sísmica y muestre la variación en el tiempo de las fuerzas que recibe. b) Verifique el equilibrio en 2 instantes del movimiento.


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FR

(Fc)

(FI)

c) Verifique el equilibrio en el instante de máximo desplazamiento. d) Calcule la respuesta de la misma estructura a varias señales y obtenga en cada caso el cociente entre los valores máximos de la aceleración absoluta de respuesta y la aceleración máxima del suelo. Comente respecto al contenido de frecuencias de la respuesta y la variación del cociente indicado.

Respuesta espectral de estruct uras de masa concentrada Objetivo Aprender a estimar la respuesta sísmica máxima de una estructura elástica.

ESPECTRO Detalles a) Dada una estructura sometida a un movimiento del suelo representado por un espectro, estime de manera simplificada su periodo y calcule el desplazamiento máximo y la fuerza máxima elástica que recibiría. b) Resuelva el mismo problema usando un programa de computación (SAP2000)


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Respuesta de Estructuras de Propiedades continuas usando modelos de un grado de libertad. Objetivo Usar procedimientos sencillos basados en modelos de un grado de libertad para estimar la respuesta de sistemas continuos. Detalles La figura muestra una estructura sometida a un movimiento del suelo y el modelo para manejar sus propiedades distribuidas.

x

x M

H

_ m E I =cte

s¨

Modelo

Conocidos: Geom etría Econcreto Peso del agua

a) Usando el modelo mostrado construya el oscilador equivalente calculando los valores de K*, M*, C*, . K*

x M*

C* SUELO

s¨

b) Si el movimiento del suelo se representa mediante un espectro de aceleración, determine los valores máximos del desplazamiento (X máx), la fuerza cortante y el momento volcante en la base.


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Determinación del Modo Fundamental Objetivo Estimar el modo de vibración predominante en una estructura usando procedimientos iterativos. Detalle a) Para el edificio mostrado en la figura calcule la forma y periodo fundamental de vibración en la dirección X-X usando deflexión estática. b) Determine el modo fundamental utilizando iteraciones de Rayleigh M3

c

H3

c

b

_ m=0

H2

M2

M1

b H1

s¨ Conocidos: Viga rectangular a x h Columna cuadrada a x a Alturas de entrepiso H1, H2 y H3 Dimensiones en planta: b y c Econcreto Peso nivel 1, 2 y 3

Dirección XX de Análisis

Modelo

Respuesta de Estructuras de varios grados de libertad usando modelos sencillo s de un grado de libertad Objetivo Estimar la respuesta máxima de una estructura de varios grados de libertad usando procedimientos sencillos basados en osciladores de un grado de libertad. Detalles La figura anterior muestra un edificio de 3 pisos sometido al movimiento del suelo, junto al modelo para la distribución de masas. a) Determinar el modo fundamental usando iteraciones de Rayleigh.


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b) Construya el oscilador equivalente calculando los valores de K*, M*, C*, .

K*

x M*

C* SUELO

s¨

c) Si el movimiento del suelo se representa mediante un espectro de aceleración

determine el valor máximo de desplazamiento de la azotea y los diagramas de fuerza cortante y momento flector máximos.


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