CAP. 5 - Espectros de respuesta
Alfabeto griego
Registros acelerográficos (Perú)
- CISMID (Centro Peruano Japonés de Investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres)
- IGP (Instituto Geofísico del Perú)
Software
- COMPASS
- SeismoSignal v5.1.2
- Dinámica v3.2 (El programa obtiene la respuesta dinámica de una estructura modelada como un oscilador ante la acción del movimiento del suelo)
Descargar data de USGS
- https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/search/ (youtube: https://www.youtube.com/watch?v=EgN_AQttAXw)
DEFINICIONES
CORTANTE BASAL
La cortante basal es un concepto utilizado en ingeniería estructural para describir la fuerza de corte que actúa en la base de un edificio o estructura durante un evento sísmico. Durante un terremoto, las fuerzas sísmicas generan desplazamientos laterales en un edificio, lo que provoca una deformación en la estructura.
La cortante basal es la fuerza cortante máxima que se desarrolla en la base de la estructura debido a estos desplazamientos laterales. Esta fuerza es causada por la inercia de la masa del edificio y es proporcional a la aceleración sísmica. Es importante calcular la cortante basal para determinar el diseño y dimensionamiento adecuado de los elementos estructurales, como los muros de corte, los sistemas de refuerzo y las conexiones, con el fin de garantizar la seguridad y resistencia sísmica del edificio.
La cortante basal se expresa en términos de fuerza, generalmente en unidades de kilonewtons (kN) o toneladas, y se utiliza para determinar la capacidad de resistencia de los elementos estructurales a la fuerza cortante generada durante un terremoto.
FUERZAS DE DISEÑO SISMICO
Las fuerzas de diseño sísmico son las fuerzas utilizadas en el diseño de estructuras para resistir los efectos de un terremoto. Estas fuerzas se basan en los principios de la ingeniería sísmica y tienen como objetivo garantizar la seguridad y estabilidad de las estructuras durante eventos sísmicos.
Las fuerzas de diseño sísmico se calculan considerando diferentes factores, como la magnitud del terremoto, la ubicación geográfica de la estructura, las propiedades del suelo, la respuesta dinámica de la estructura y los requisitos de seguridad establecidos por los códigos de construcción y las normativas sísmicas aplicables.
Existen diferentes métodos y enfoques para determinar las fuerzas de diseño sísmico, y su aplicación puede variar según el país o región. Algunos de los métodos comúnmente utilizados incluyen:
- Método de fuerza lateral equivalente: Este enfoque se basa en la estimación de una fuerza estática equivalente que se aplica en el nivel de piso de la estructura para representar los efectos sísmicos. Se utilizan coeficientes de respuesta sísmica y factores de amplificación para determinar estas fuerzas.
- Método de respuesta espectral: Este método utiliza el espectro de respuesta sísmica, que representa cómo la amplitud de la vibración de una estructura varía en función de la frecuencia del terremoto. Se calcula el espectro de respuesta de la estructura y se utilizan los valores máximos para determinar las fuerzas de diseño sísmico.
- Análisis dinámico: En situaciones más complejas o para estructuras de importancia especial, se pueden utilizar análisis dinámicos más sofisticados. Estos análisis involucran la modelización detallada de la estructura y la consideración de la respuesta dinámica del sistema bajo las fuerzas sísmicas.
Es importante destacar que las fuerzas de diseño sísmico no solo se aplican a los elementos estructurales, como columnas y vigas, sino también a otros componentes de la construcción, como muros de contención, sistemas de anclaje, conexiones y sistemas no estructurales, para garantizar la seguridad integral de la estructura durante un terremoto. Estas fuerzas son determinadas por ingenieros capacitados y se basan en los requisitos de los códigos de construcción y las normativas sísmicas aplicables.
FUERZA INERCIAL
La fuerza inercial, también conocida como fuerza de inercia o fuerza centrífuga, es una fuerza ficticia que surge en un sistema de referencia no inercial debido a la aceleración o desaceleración del propio sistema. Es importante tener en cuenta que la fuerza inercial no es una fuerza real, sino más bien una aparente que se experimenta dentro de un marco de referencia en movimiento acelerado.
Cuando un cuerpo o un objeto se mueve en un sistema de referencia no inercial, la fuerza inercial surge como resultado de la tendencia del objeto a resistir cambios en su estado de movimiento. Según la segunda ley del movimiento de Newton, la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada sobre él e inversamente proporcional a su masa. Por lo tanto, cuando se aplica una aceleración a un objeto en un sistema no inercial, se requiere una fuerza adicional para compensar esta aceleración y mantener al objeto en su trayectoria.
Un ejemplo común para comprender la fuerza inercial es el caso de un automóvil que gira en una curva. Cuando el automóvil se mueve en una trayectoria curva, los ocupantes dentro del automóvil experimentan una sensación de ser empujados hacia afuera de la curva, lo cual es la fuerza inercial en acción. Esta fuerza ficticia se debe a la tendencia del cuerpo a seguir moviéndose en línea recta debido a la inercia, mientras el automóvil gira.
Es importante destacar que la fuerza inercial es específica de un sistema de referencia no inercial y desaparece cuando se utiliza un sistema de referencia inercial. En un sistema de referencia inercial, no se requiere una fuerza adicional para compensar la aceleración, ya que el objeto se moverá libremente sin ninguna influencia ficticia adicional.
PRINCIPIO DE D'ALEMBERT
El principio de D'Alembert establece que, en un sistema mecánico en equilibrio dinámico, la suma de las fuerzas aplicadas y las fuerzas inerciales (fuerzas ficticias que surgen debido a la aceleración del sistema) es igual a cero. Matemáticamente, se expresa como:
Σ (F - ma) = 0
donde F es la fuerza aplicada, m es la masa del objeto y a es la aceleración.
PROCEDIMIENTO DE LA FUERZA LATERAL EQUIVALENTE
El procedimiento de la Fuerza Lateral Equivalente (FLE) es un método simplificado utilizado en el diseño sismorresistente de estructuras. Este enfoque se utiliza para determinar las fuerzas sísmicas que actúan sobre un edificio y se basa en la idea de que las fuerzas laterales generadas por un terremoto pueden aproximarse mediante una fuerza única y estática que se aplica en el nivel de piso.
El procedimiento de la Fuerza Lateral Equivalente se basa en las siguientes etapas:
- Determinación de la fuerza lateral base (Fb): Se calcula utilizando una combinación de factores, como la aceleración del suelo, el peso de la estructura y los factores de comportamiento sísmico. Esta fuerza se calcula en función de la masa total de la estructura y representa la fuerza lateral que actuaría en la base del edificio si todo el edificio se moviera como una sola unidad.
- Distribución de la fuerza lateral en altura: Se establece una distribución de la fuerza lateral base a lo largo de la altura del edificio. Para esto, se utilizan factores de distribución que tienen en cuenta la rigidez relativa de los diferentes niveles de la estructura. Por lo general, se asume que la distribución de la fuerza es lineal, aunque en algunos casos puede variar.
- Cálculo de la fuerza lateral equivalente en cada nivel: Se calcula la fuerza lateral equivalente para cada nivel multiplicando la fuerza lateral base por el factor de distribución correspondiente a ese nivel.
- Diseño de los elementos estructurales: Una vez determinadas las fuerzas laterales equivalentes en cada nivel, se utilizan para diseñar los elementos estructurales, como columnas, vigas y muros, considerando las resistencias y rigideces requeridas por los códigos de diseño sísmico aplicables.
Es importante tener en cuenta que el procedimiento de la Fuerza Lateral Equivalente es un método simplificado y aproximado. En situaciones más complejas o en estructuras de mayor importancia, es posible que se requieran análisis más detallados, como análisis dinámicos o métodos más sofisticados de análisis sísmico.
MARCOS PARA MOMENTO
Un marco en el cual los elementos y las uniones resisten las fuerzas laterales mediante la flexión, así como a lo largo del eje de los elementos. Los marcos para momento se clasifican como: Marcos Intermedios para Momento (Intermediate Moment Mrames-IMF), Marcos Ordinarios para Momento (Ordinary Moment Frames-OMF) y Marcos Especiales para Momento (Special Moment Frames-SMF).