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CONTENIDO
1. INTRODUCCION 2. OBJETIVOS 2.1.
Objetivo general
2.2.
Objetivos específicos
3. MATERIALES Y METODOLOGIA 3.1.
Materiales
3.2.
Metodología
4. MARCO TEORICO 4.1.
Generalidades
4.2.
Tipos de espectro 4.2.1. Espectros Espectros de respuesta elástica 4.2.2. Espectros Espectros de respuesta inelástica 4.2.3. Espectros Espectros de diseño
5. CONCLUSIONES 6. BIBLIOGRAFIA
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[Título del documento] 1. INTRODUCCION
El presente texto realizado en la asignatura Ingeniería Sísmica y Vulnerabilidad de Riesgo, asignatura impartida en la escuela profesional de Ingeniería Civil de la Universidad Señor de Sipán., contiene información sobre los espectros de respuesta elásticos, inelásticos y espectros de diseño. El concepto de espectros, es de gran utilidad en la ingeniería sísmica, ya sea para comprender y evaluar el efecto de los terremotos sobre las construcciones como así también para estimar la demanda sísmica en el diseño de estructuras. Es por ello que resulta de sumamente importante para el ingeniero estructural comprender la teoría que lo fundamenta, la metodología para su obtención, el campo de validez y la forma práctica de empleo. En forma general, podemos definir espectro como un gráfico de la respuesta máxima (expresada en términos de desplazamiento, velocidad, aceleración, o cualquier otro parámetro de interés) que produce una acción dinámica determinada en una estructura u oscilador de un grado de libertad. Un espectro de diseño difiere conceptualmente de un espectro de respuesta en dos formas importantes. En primer lugar, el variable espectro de respuesta es una gráfica de la respuesta máxima de todos los sistemas de 1GDL posibles y, por lo tanto, es una descripción de un movimiento del terreno en particular. Por su parte, el espectro de diseño uniforme es una especificación del nivel de fuerza, o deformación, de diseño sísm ico como una función del periodo de vibración natural y de la fracción de amortiguamiento. Esta diferencia conceptual entre los dos espectros debe reconocerse, aunque en algunas situaciones sus formas pueden ser similares. Tal es el caso del espectro de diseño cuando se determina mediante un análisis estadístico de varios espectros de respuesta comparables. En segundo lugar, para algunos sitios un espectro de diseño es la envolvente de dos espectros de diseño elástico diferentes.
2. OBJETIVOS
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[Título del documento] 2.1. Objetivo general
Analizar, entender y comprender los espectros de respuesta y de diseño en la dinámica estructural. 2.2. Objetivos específicos
Compilar y analizar información sobre espectros de respuesta elástica. Compilar y analizar información sobre espectros de respuesta inelástica. Compilar y analizar información sobre espectros de diseño. 3. MATERIALES Y METODOS 3.1. Materiales
Fuentes secundarias (libros, artículos, otros textos). Blogs. 3.2. Metodología
Para la realización del presente trabajo se realizó una compilación de textos sobre el tema, analizándose y plasmándose en el presente un resumen. La literatura base fue el libro de Anil Chopra., complementado con otras fuentes bibliográficas citadas en la bibliografía. 4. MARCO TEORICO 4.1. Generalidades
Los espectros de respuesta fueron inicialmente propuestos por Biot en el año 1932 y luego desarrollados por Housner, Newmark y muchos otros investigadores. Actualmente, el concepto de espectro de respuesta es una importante herramienta de la dinámica estructural, de gran utilidad en el área del diseño sismorresistente. En forma general, podemos definir espectro como un gráfico de la respuesta máxima (expresada en términos de desplazamiento, velocidad, aceleración, o cualquier otro parámetro de interés) que produce una acción dinámica determinada en una estructura u oscilador de un grado de libertad. En estos gráficos, se representa en abscisas el periodo propio de la estructura (o la frecuencia) y en ordenadas la respuesta máxima calculada para distintos factores de amortiguamiento. El más habitual en cálculos sísmicos es el espectro elástico de respuesta, que relaciona la aceleración. Se denomina de respuesta ya que lo que mide es cómo responde la estructura a las acciones que se le inducen desde el exterior.
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El concepto de los espectros comenzó a gestarse gracias a una idea Kyoji Suyehiro, Director del Instituto de Investigaciones de la Universidad de Tokyo, quien en 1920 ideó un instrumento de medición formado por 6 péndulos con diferentes periodos de vibración, con el objeto registrar la respuesta de los mismos ante la ocurrencia de un terremoto. La importancia de los espectros en el diseño de estructuras radica en el hecho de que estos gráficos condensan la compleja respuesta dinámica en un parámetro clave: los valores de respuesta máxima, que son usualmente los requeridos por el diseñador para el cálculo de estructuras. Debemos aclarar, sin embargo, que los espectros de respuesta omiten información importante dado que los efectos del terremoto sobre la estructura dependen no solo de la respuesta máxima sino también de la duración del movimiento y del número de ciclos con demanda significativa de desplazamientos.
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4.2. Tipos de Espectro
El concepto de espectro ha ganado una amplia aceptación como herramienta de la dinámica estructural. Es por ello que se han desarrollado varios tipos de espectros, los cuales presentan características diferentes y se utilizan con distintos objetivos. En particular analizaremos tres de los espectros más comunes: 4.2.1.
Espectros de respuesta elástica
Representan parámetros de respuesta máxima para un terremoto determinado y usualmente incluyen varias curvas que consideran distintos factores de amortiguamiento. Se utilizan fundamentalmente para estudiar las características del terremoto y su efecto sobre las estructuras. Las curvas de los espectros de respuesta presentan variaciones bruscas, con numerosos picos y valles, que resultan de la complejidad del registro de aceleraciones del terremoto. El espectro de diseño debe satisfacer ciertos requisitos, ya que está pensado para diseñar nuevas estructuras o para evaluar la seguridad sísmica de las estructuras existentes, a fin de que puedan resistir a sismos futuros. No es posible predecir la variación del espectro de respuesta en t odos sus detalles para un movimiento del terreno que puede producirse en el futuro. Así, el espectro de diseño debe consistir en un conjunto de curvas suaves o en una serie de líneas rectas con una curva para cada nivel de amortiguamiento.
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El espectro de diseño debe, en un sentido general, ser representativo de los movimientos del terreno registrados en el sitio durante los sismos pasados. Si no ha habido registros en el sitio, el espectro de diseño debe basarse en los movimientos del terreno registrados en otras instalaciones con condiciones similares. Los factores que deben intentarse hacer coincidir en la selección incluyen la magnitud del sismo, la distancia del lugar a la falla causante, el mecanismo de falla, la geología en la trayectoria de desplazamiento de las ondas sísmicas desde la fuente hasta el sitio, y las condiciones locales del terreno en el sitio. El espectro de diseño se basa en el análisis estadístico de los espectros de respuesta para un conjunto de movimientos del terreno.
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4.2.2.
Espectros de respuesta inelástica
Son similares a los anteriores pero en este caso se supone que el oscilador de un grado de libertad exhibe comportamiento no-lineal, es decir que la estructura puede experimentar deformaciones en rango plástico por acción del terremoto. Este tipo de espectros son muy importantes en el diseño sismorresistente, dado que por razones prácticas y e conómicas la mayoría de las construcciones se diseñan bajo la hipótesis que incursionarán en campo plástico. Como ejemplo, podemos mencionar los espectros de ductilidad (recordemos que ductilidad de desplazamientos es la relación entre el desplazamiento máximo que experimenta la estructura y el desplazamiento de fluencia). Estos espectros representan la ductilidad requerida por un terremoto dado en función del periodo de vibración de la estructura y se grafican usualmente para distintos niveles de resistencia. También, se construyen espectros de aceleración, desplazamiento de fluencia o desplazamiento último de sistemas inelásticos, en donde se consideran distintos niveles de ductilidad o distintos tipos de comportamiento histerético de la estructura. 4.2.2.1. Relaciones Fuerza – Deformación
Durante un sismo, las estructuras se someten a un movimiento oscilatorio con deformación cíclica. Se han llevado a cabo pruebas cíclicas que simulan esta condición sobre elementos estructurales, ensambles de elementos, modelos de estructuras a escala reducida y pequeñas estructuras a escala real. Los resultados experimentales indican que el comportamiento fuerza-deformación cíclico para una estructura depende del material y del sistema estructural.
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[Título del documento] 4.2.2.2. Ecuación de movimiento
La ecuación del movimiento en un sistema inelástico es:
4.2.3.
Espectros de diseño
Las construcciones no pueden diseñarse para resistir un terremoto en particular en una zona dada, puesto que el próximo terremoto probablemente presentará características diferentes. Por lo tanto, los espectros de respuesta elástica o inelástica, descriptos previamente, no pueden utilizarse para el diseño sismorresistente. Por esta razón, el diseño o verificación de las construcciones sismorresistentes se realiza a partir de espectros que son suavizados (no tienen variaciones bruscas) y que consideran el efecto de varios terremotos, es decir que representan una envolvente de los espectros de respuesta de los terremotos típicos de una zona. Los espectros de diseño se obtienen generalmente mediante procedimientos estadísticos.
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[Título del documento] 5. CONCLUSIONES
Un espectro de diseño difiere conceptualmente de un espectro de respuesta en dos formas importantes. En primer lugar, el variable espectro de respuesta es una gráfica de la respuesta máxima de todos los sistemas de 1GDL posibles y, por lo tanto, es una descripción de un movimiento del terreno en particular. Por su parte, el espectro de diseño uniforme es una especificación del nivel de fuerza, o deformación, de diseño sísmico como una función del periodo de vibración natural y de la fracción de amortiguamiento. Esta diferencia conceptual entre los dos espectros debe reconocerse, aunque en algunas situaciones sus formas pueden ser similares. Tal es el caso del espectro de diseño cuando se determina mediante un análisis estadístico de varios espectros de respuesta comparables. En segundo lugar, para algunos sitios un espectro de diseño es la envolvente de dos espectros de diseño elástico diferentes.
El concepto de espectros, en sus distintas modalidades, es una herramienta de gran utilidad en la ingeniería sísmica, ya sea para comprender y evaluar el efecto de los terremotos sobre las construcciones como así también para estimar la demanda sísmica en el diseño de estructuras. Es por ello que resulta de sumamente importante para el ingeniero estructural comprender la teoría que lo fundamenta, la metodología para su obtención, el campo de validez y la forma práctica de empleo. 6. BIBLIOGRAFIA
DINAMICA DE ESTRUCTURAS, Anil Chopra. Cuarta Edición. ISBN: 978-607-32-2239-6. México 2014. DINAMICA ESTRUCTURAL APLICADA AL DISEÑO SISMICO, Luis Enrique García Reyes. Universidad de los Andes. Colombia 1998. ESPECTROS DE DISEÑO Y RESPUESTA, Francisco Crisafulli Elbio Villafañe. Universidad Nacional de Cuyo. Argentina 2012.
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