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• Antonio Ramon Silva

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA UNEFA NÚCLEO TÁCHIRA

PROPIEDADES DINÁMICAS ESTRUCTURALES

Integrante: José Alejandro Pernia Hernández C.I: 18.091.230 Sección: 01N Ingeniería sísmica

Octubre de 2016

ACTIVIDAD 1: UNIDAD 3. PROPIEDADES DINÁMICAS DE LA ESTRUCTURA. 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.

PERÍODOS DE VIBRACIÓN Y AMORTIGUAMIENTO Las características dinámicas más importantes de una estructura son los periodos naturales de vibración y el amortiguamiento. El periodo natural es siempre importante e influye en todos los casos de cargas dinámicas, mientras que el amortiguamiento en algunos casos puede no ser importante y en otros casos no. La respuesta dinámica depende además de otras propiedades como la capacidad de disipar energía por deformación plástica y las variaciones de las propiedades de los materiales causadas por la velocidad con que se aplica la carga. Éstos y otros factores pueden ser importantes en algunos problemas, pero los más relevantes en todos los casos, son en definitiva el periodo natural y el amortiguamiento del sistema.

ACTIVIDAD 2: UNIDAD 3. PROPIEDADES DINÁMICAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES. CENTRO DE MASA El centro de masas y el momento de inercia son propiedades geométricas, no dependientes de ningún otro parámetro y de gran importancia a la hora de diseñar ciertas estructuras o componentes. Ambos están relacionados en el sentido de que en muchos casos para calcular la inercia (sobre todo en figuras compuestas por varios rectángulos) es necesario conocer el centro de masas para aplicar el Teorema de Steiner. A continuación vamos a ver ambos conceptos por separado. Podemos decir que el centro de masas es el punto donde se concentra la masa de un sólido o sistema material de puntos. Por ejemplo, si tenemos una esfera, podemos aproximar su comportamiento al de un punto localizado en su centro y con una masa igual a su densidad por el volumen. El centro de masas tiene infinidad de utilidades. Por ejemplo, las leyes de Newton solo pueden aplicarse a sistemas de puntos materiales. De una forma más práctica, en el diseño de automóviles, es importante que el centro de masas esté en una posición relativamente baja para tener una mayor estabilidad. Mientras que en un turismo normal el centro de masas se encuentra aproximadamente a 1100 mm, en un coche tipo Ferrari, está muy por debajo para conseguir un mejor agarre al terreno.

CENTRO DE CORTANTE Es el punto de equilibrio de las fuerzas que actúan en la estructura, se basa en el principio de sumatoria de momentos con respecto a un origen arbitrario, donde las fuerzas actuantes corresponden a la rigidez de entre piso calculada para cada uno de los pórticos.

Esta rigidez de entrepiso se define como la relación entre las fuerzas cortantes absorbidas por el pórtico y el desplazamiento horizontal relativo entre los dos niveles que lo limitan, por lo tanto el sistema de cortante depende del sistema de fuerzas laterales.

Fig. Centro de cortante.

CENTRO DE RIGIDEZ El centro de rigidez de una estructura es el lugar geométrico donde al aplicar fuerzas sísmicas, la estructura simplemente se desplaza y no rota. En estructuras y dos o más pisos, el centro de rigidez define el punto donde debe aplicarse la fuerza sísmica para que un nivel no rote con respecto con el nivel inferior.

CENTRO DE TORSIÓN Se denomina torsión en planta al esfuerzo de torsión que sufre la estructura portante de un edificio cuando es sometida a grandes esfuerzos horizontales. Este efecto es particularmente significativo en los terremotos. La torsión en planta aparece por la excentricidad entre el centro de rigidez de un piso y el centro de masa de la carga que soportan, es decir: el centro de masa de ese piso y pisos superiores. Los movimientos sísmicos generan grandes fuerzas laterales en los edificios. Como reacción a ese esfuerzo, la estructura portante del edificio se mueve, transmitiendo verticalmente ese desplazamiento. Debido a que este movimiento se transmite por la zona más rígida del edificio (centro de rigidez), mientras que cada planta se va a mover en torno a su centro de masa, cuando el centro de masa y el centro de rigidez no coinciden, las plantas tenderán a girar, produciendo un efecto de torsión en los elementos estructurales que conectan cada planta. Debido a este efecto, la estructura puede sufrir múltiples daños, tanto estructurales (fisuras, alabeos) como no estructurales (grietas en tabiquería, rotura de ventanas), pudiendo llegar al colapso completo del edificio. Por este motivo los diseños de edificios sismoresistentes deben ser sensiblemente simétricos y regulares, ya que la asimetría en la distribución y dirección de los soportes estructurales tenderá a aumentar este efecto de torsión.

DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS SISMICAS Las cargas sísmicas que actúan sobre un edificio deben ser distribuidas entre los elementos estructurales que lo componen. Si bien en el cálculo de las acciones que el sismo produce en el edificio se considera a este como un conjunto, para dimensionar y verificar la estructura completa se debe analizar componente por componente. Los componentes estructurales de un edificio son: Vigas, Columnas, Tabiques antisísmicos (Muros Sismo Resistentes), Pórticos Arriostrados., Bases. Los materiales estructurales usados son: Hormigón Armado, Hormigón pretensado, Acero, Mampostería, Mampostería reforzada. La combinación de los elementos enumerados con el material estructural seleccionado, más el tipo del terreno de fundación integran globalmente la estructura del edificio. Si bien el análisis se hace para el edificio en conjunto no debe descuidarse la verificación y construcción de cada componente estructural. Diseñar las uniones en los nudos y los detalles constructivos de un edificio antisísmico es tan importante como verificar el comportamiento dinámico de la estructura en su conjunto. Si la resistencia y ductilidad de las uniones no son adecuadas y los detalles no son los correctos, seguramente la estructura no funcionará ante un sismo como se proyectó. El diseño de la estructura debe ser tal que satisfaga la condición: Coeficiente de reducción x Resistencia teórica > Cargas de diseño La resistencia teórica es la que se alcanza determinando la resistencia última de las secciones y de los elementos estructurales. El coeficiente de reducción es el factor con el que se consideran disminuciones en la calidad de la estructura, que pueden ser originadas por: Errores en los cálculos. Diseño inadecuado de la estructura, Materiales que no cumplen con la calidad esperada, Variaciones en las dimensiones de los elementos estructurales, Modificaciones menores o previstas, Cambio de destino del edificio o de algunos locales.

MOMENTO DE VOLCAMIENTO Este tipo de falla se presenta cuando la carga a transmitir al suelo viene acompañada de momentos o es excéntrica con respecto a la fundación y el suelo es compresible. En los textos no se encuentra un parámetro que controle directamente este tipo de falla debido a que siempre prevalece el criterio de no admitir tensiones en el suelo. Este criterio, aunque aparentemente controlaría la rotación de la fundación, no es suficiente para asegurar este tipo de falla. Una recomendación puede ser el verificar de todas maneras la estabilidad de la fundación por medio de un factor de seguridad al volcamiento.

ACTIVIDAD 3: UNIDAD 3. PROPIEDADES DINÁMICAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES.

DESPLAZAMIENTO HORIZONTAL DE LOS DISTINTOS NIVELES El desplazamiento característico de diseño de la estructura equivalente depende en el desplazamiento de estado límite o de la deriva del miembro más crítico de la estructura real, y una asumida forma de desplazamiento de la estructura. Esta forma de desplazamiento es el que corresponde al primer modo inelástico en el nivel de diseño del movimiento sísmico. Así los cambios en la forma del primer modo elástico resultan de los cambios locales de las rigideces de los miembros causados por la acción inelástica en las rótulas plásticas y se tiene en cuenta en el inicio del diseño. La representación del desplazamiento para el primer modo inelástico más que para la forma del primer modo elástico es consistente con la estructura caracterizada por la rigidez secante para la respuesta máxima. De hecho, la forma modal elástica e inelástica son a menudo muy similares. Las

diferencias

entre

los

desplazamientos

laterales

de

pisos

consecutivos producidos por las fuerzas cortantes sísmicas de entrepiso, calculados con alguno de los métodos de análisis sísmico, El desplazamiento será el que resulte del análisis con las fuerzas sísmicas reducidas, multiplicado por el factor de comportamiento sísmico, Q. Este mismo desplazamiento se empleará para la revisión del cumplimiento de los requisitos de holguras de vidrios y de separación de edificios colindantes. Cuando se aplique el método de análisis, se observarán los límites que ahí se establecen para los desplazamientos. Al

calcular

los

desplazamientos

mencionados

descontarse los debidos a la flexión de conjunto de la estructura.

arriba

pueden

Para edificios estructurados con muros de carga de mampostería se observarán los límites fijados en las Normas correspondientes.

SECUENCIA PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO DE UN EDIFICIO

BIBLIOGRAFIA Norma venezolana edificaciones sismorresistentes COVENIN 1756-1:2001

Libro estructura sismo-resistente María Graciela Fratelli http://www.um.edu.ar/um/fau/estructura5-anterior/DISTRIBUCION.htm https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:Portada http://www.funvisis.gob.ve/archivos/pdf/normas/norma_covenin/covenin1756 _2001.pdf http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/1617/6/T-ESPE-025410-3.pdf http://www.efn.uncor.edu/departamentos/estruct/ana_est_ic/DINAMICArevA.pdf http://www.elrincondelingeniero.com/centro-de-masas-e-inercia/ http://estructuras.eia.edu.co/hormigonII/Taller%20de%20hormigon%20II/an %C3%A1lisis%20s%C3%ADsmico/An%C3%A1lisis%20s%C3%ADsmico.htm http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S079840652012000300008