REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTALPOLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA

UNEFANUCLEO-GUANARE

ANÁLISIS SÍSMICOPROFESORA: BACHILLERES:

Ing. Genesis Mejias Oscar Valladares CI: 18.705.534

Jhosian Salazar CI: 20.555.660

Rigoberto Cáceres CI: 20.014.992

Maria León CI: 24.017.095

Yovanny Valderrama CI: 25.520.946

Mariana Infante CI:

Anderson Zambrano CI:

Junior Fernandez CI:

GUANARE, JULIO 2015

INTRODUCCIÓN

El hombre ha aprendido desde que tiene uso de razón a temer los

movimientos telúricos apreciando su intensidad en forma cualitativa con

relación a los daños y pánico que estos causan.

El fenómeno sismo se ha ido transformando así en una amenaza de

importancia creciente en la medida en que las áreas urbanas han crecido y

se han hecho más densas. Es por ello que las soluciones constructivas más

duraderas han sido aquellas capaces de resistir las acciones externas y del

uso; entre las acciones externas, en vastas extensiones de nuestro planeta,

deben incluirse las acciones sísmicas.

Hasta hace poco, las soluciones adoptadas para resistir las acciones

sísmicas se desarrollaron esencialmente analizando los efectos de los

terremotos en las construcciones, sin el apoyo teórico de causas y

características de los sismos, ni de información cuantitativa sobre la

naturaleza de los movimientos del terreno; las soluciones constructivas, con

muros de 4 y 5 m de grosor, bóvedas de 60 cm de espesor, contrafuertes,

columnas de esbeltez reducida, etc., fue el resultado de un proceso de

prueba y error durante los siglos XVI, XVII y parte del XVIII.

Por esta razón, se hace necesario contar con los instrumentos necesarios

que nos ayuden a prevenir, este tipo de eventos, en el supuesto aceptado

que las construcciones deben soportar aceptablemente los sismos más

severos; y sin mayores daños, los sismos moderados que con más

frecuencia deben presentarse durante la vida útil de las edificaciones. Existe

por este motivo, una necesidad importante de mitigar los efectos destructivos

de los terremotos, mejorando las técnicas adecuadas de diseño y en

particular, dando a conocer la importante y cuantiosa información

experimental, teórica y práctica existente en medios de investigación de

diseño sismorresistente.

La Ingeniería sísmica, es una disciplina nueva que involucra la

combinación de una serie de disciplinas variadas y complejas, cómo la

sismología, la dinámica estructural y de suelos, el análisis estructural, la

geología, la mecánica de los materiales, etc.; que de manera integrada

permiten el diseño de obras capaces de resistir los sismos más severos que

puedan presentarse en el futuro de una determinada zona.

ANÁLISIS SÍSMICO

El análisis sísmico de la edificación tiene como objetivo encontrar las

fuerzas y momentos internos debidos a la carga sísmica, en cada uno de los

elementos del sistema estructural para luego proceder al diseño. En el

método sísmico, el movimiento del suelo consecuente a un impulso elástico

(originado tramite golpes en el suelo, vibraciones o explosivo) origina ondas

acústicas que son registradas a través de geófonos conectados un

sismógrafo multicanal.

En cuanto a sísmica se refiere, existen dos metodologías principales:

Análisis estático, basada en la observación de los tiempos de llegada de

los primeros movimientos del terreno en diversos sitios, generados por

una fuente de energía específica en un sitio determinado. El conjunto de

datos obtenido en la adquisición de datos consiste de registros de tiempo

versus distancia. Estas series son interpretadas en términos de la

profundidad a interfaces entre capas de suelo y de las velocidades de

propagación de la onda P (o S) en cada capa. Estas velocidades están

controladas por los parámetros elásticos que describen el material.

Análisis dinámico, el análisis está basado en la energía de las

vibraciones después de iniciado el movimiento del suelo.

Específicamente el estudio se concentra en los movimientos del terreno

inducidos por la reflexión de las ondas, en las diferentes interfaces de

capas, que han sido generadas en un sitio específico. En la reflexión se

extrae información del subsuelo estudiando la amplitud y forma de los

movimientos del terreno.

El efecto de un sismo sobre una estructura puede incluirse en uno de

los siguientes conceptos:

1. Daños Imperceptibles

2. Daños ligeros en acabados

3. Daños ligeros en las estructuras

4. Daños graves en las estructuras

5. Falla de la estructura.

El riesgo sísmico implica un problema único de Ingeniería de Diseño,

ya que un sismo intenso constituye la carga más severa a que la mayoría de

las estructuras pueden estar sujetas, pero una vez que esto haya sido

tomado en cuenta, la probabilidad de que cualquier estructura pueda ser

afectada por un sismo importante será mínima.

El enfoque óptimo frente a ésta combinación de condiciones, desde el

punto de vista de la Ingeniería, es diseñar la estructura de tal manera que se

evite el colapso ante el sismo más severo posible, asegurando con ello la

vida humana; pero aceptando la posibilidad de daño sobre la base de que es

menos caro, reparar o reemplazar las estructuras afectadas por un sismo

fuerte, que construir cada una de ellas lo suficientemente resistentes para

evitar daños. Obviamente este concepto de diseño enfrenta al Ingeniero

estructural con un verdadero desafío: lograr un diseño económico que sea

susceptible al daño sísmico, pero que al mismo tiempo no llegue al colapso

total, aún ante el sismo más severo posible.

ANÁLISIS DE METODO SISMICO

En el proyecto de edificaciones que puedan quedar sometidas a

acciones sísmicas, es fundamental entender su comportamiento probable:

cómo se va a deformar, cuáles son sus regiones críticas y, sobre todo, evitar

fallas prematuras que limiten la reserva resistente de la estructura. En

aquellos casos donde sea previsible que la estructura entre en el rango

inelástico, debe garantizarse una conducta dúctil.

El golpeteo entre edificaciones adyacentes ha sido la causa de daños

importantes y fallas prematuras de edificaciones de varias plantas, en

especial cuando estas se encuentran a diferente nivel. Los grandes paños de

pared de mampostería no reforzada deben evitarse, pues se ha demostrado

en múltiples ocasiones que resultan inestables durante sacudidas sísmicas

intensas.

A diferencia de otras sobrecargas, los sismos generan acciones

dinámicas de signo alternante; es decir, las oscilaciones de la edificación

durante su respuesta, superponen a las solicitaciones debidas a la gravedad,

otras de signo alternante (pueden ser momentos flectores, fuerzas axiales o

fuerzas cortantes).

Es importante tener presente la filosofía adoptada en el diseño

sismorresistente de la gran mayoría de las edificaciones y obras de

ingeniería existentes en áreas urbanas. Esta puede resumirse en la forma

que se anota a continuación:

La filosofía del diseño sismorresistente consiste en:

Evitar pérdidas de vidas

Asegurar la continuidad de los servicios básicos

Minimizar los daños a la propiedad.

Se reconoce que dar protección completa frente a todos los sismos no

es técnica ni económicamente factible para la mayoría de las estructuras. En

concordancia con tal filosofía se establecen en esta Norma los siguientes

principios para el diseño:

a. La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las

personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir

en el sitio.

b. La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que

puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando

posibles daños dentro de límites aceptables.

Cabe destacar que según la norma COVENIN 1756-1-2001 de

edificaciones sismorresistentes capítulo 9

Los métodos de análisis sísmico se clasifican de la siguiente manera:

Cada edificación deberá ser analizada tomando en consideración los

efectos traslacionales y torsionales, por uno de los métodos descritos a

continuación, los cuales han sido organizados por orden creciente de

refinamiento.

Análisis Estático

Los efectos traslacionales se determinan con el Método Estático Equivalente

(Artículo 9.3). Los efectos torsionales se determinan con el Método de la

Torsión Estática Equivalente (Artículo 9.5).

Análisis Dinámico Plano

Los efectos traslacionales se determinan según el Método de Superposición

Modal con un Grado de Libertad por nivel (Artículo 9.4). Los efectos

torsionales se determinan con el Método de la Torsión Estática Equivalente

(Artículo 9.5).

Análisis Dinámico Espacial

Los efectos traslacionales y los efectos torsionales se determinan

según el Método de Superposición Modal con Tres Grados de Libertad

por nivel (Artículo 9.6). Este método toma en cuenta el acoplamiento

de las vibraciones traslacionales y torsionales de la edificación y

considera tres grados de libertad para cada nivel.

Análisis Dinámico Espacial Con Diafragma Flexible

Los efectos traslacionales y los efectos torsionales se determinan según lo

indicado en el Artículo 9.7 en el cual se incluye la flexibilidad del diagrama.

En esta Sección se presenta una alternativa de análisis para el caso de

edificaciones que posean las irregularidades en planta o cuando las

características mecánicas del sistema de piso no garanticen un

comportamiento equivalente al del diafragma infinitamente rígido.

Otros Métodos De Análisis

En el Artículo 9.8 se presenta un método alternativo a los métodos

anteriormente descritos, recomendables para el caso de estructuras no

tipificadas en esta Norma. En estas estructuras se recomienda un análisis

inelástico que suministre valores realistas de las demandas de ductilidad de

la estructura y sus componentes.

En el Artículo 9.9 se presenta un procedimiento de análisis estático

inelástico que puede ser utilizado opcionalmente en conjunto con los

métodos de análisis descritos previamente.

Selección De Los Métodos De Análisis

En las Tablas 9.1 y 9.2 se establecen los métodos de análisis que

como mínimo deben ser empleados, respectivamente para las edificaciones

regulares y las irregulares, según la clasificación del Artículo 6.5.

Los métodos especificados pueden sustituirse por otros más refinados según

el orden dado en el Artículo 9.1.

Aspectos importantes a considerar para el análisis sísmico:

Peso De La Edificación

Las fuerzas inducidas por movimientos sísmicos en una edificación

son inerciales, es decir, dependen de la aceleración inducida por el sismo y

de la masa a mover, en este caso, la masa de la edificación.

Como primer paso para hallar las fuerzas sísmicas necesitamos

conocer la masa y donde se ubica. Consideraremos que la masa se

concentra en cada piso (lo cual es cierto para un edificio de pórticos) y por lo

tanto determinaremos la masa por piso y el centro de masa de cada uno de

estos.

Centro De Masa

Este punto nos indica donde se genera la masa y por lo tanto donde

estaría ubicada la fuerza sísmica inducida por el sismo.

En vista de que las edificaciones diseñadas en este curso cuentan con

un sistema de piso rígido en su plano (diafragma rígido), la masa se puede

considerar concentrada en un solo punto, este corresponde al centro de

masa. Recordemos la definición de sistemas equivalentes de fuerza, donde

todo el peso se puede concentrar en un solo punto y este produce el mismo

efecto que los pesos repartidos en el cuerpo.

Si la losa tiene cargas uniformes por m² el centro de masa coincide

con el centroide del área, sino (casos especiales donde se cambia el espesor

de losa en algunos puntos o por ejemplo existencia de piscinas u otros

elementos que hagan más pesada la losa en ciertos puntos) el centro de

masa se debe determinar considerando, no las áreas, sino los pesos de los

elementos.

Cortante Basal

La fuerza sísmica total en la base del edificio, cortante basal, se

encuentra por medio del espectro de diseño (aceleración de respuesta de la

edificación según su periodo de vibración) y el peso total de la edificación.

(F=m*a, segunda Ley de Newton).

La forma como responde el edificio a la aceleración inducida por el

sismo determina la repartición de las fuerzas sísmicas tanto en la altura

como en cada uno de los elementos estructurales que la conforman.

Existen varios métodos para determinar esta repartición de fuerzas en altura,

estos pueden ser simplificados, métodos estáticos equivalentes (fuerza

horizontal equivalente, FHE) o más completos como los métodos de análisis

modal espectral.

Independiente del método a usar se tienen también diferentes formas

de considerar el modelo de la edificación.

Modelo De Análisis

El modelo de la estructura debe representar su geometría,

dimensiones, apoyos, efectos de diafragma rígido si lo hay, los efectos de

torsión por excentricidades entre el centro de rigidez y el centro de masa, y

los efectos de carga axial por momentos de vuelco.

El modelo de la edificación se puede hacer tridimensional o por

pórticos planos.

En el análisis por el método de la fuerza horizontal equivalente

seguiremos el procedimiento de los pórticos planos para tener conciencia de

la repartición de las fuerzas en los pórticos y del efecto de torsión. La norma

recomienda que se diseñe la edificación para el 100% de la carga sísmica

actuando en ambas direcciones principales perpendiculares del edificio no

simultáneamente. Este requisito asegura que para cualquier dirección del

sismo, la carga se puede descomponer en estas dos direcciones

perpendiculares entre si y el edificio estaría en capacidad de soportarlo.

Centro De Rigidez

Es el punto con respecto al cual el edificio se mueve desplazándose

como un todo, es el punto donde se pueden considerar concentradas las

rigideces de todos los pórticos. Si el edificio presenta rotaciones estas serán

con respecto a este punto.

Existe línea de rigidez en el sentido X y línea de rigidez en el sentido

Y, la intersección de ellas representa el centro de rigidez. Las líneas de

rigidez representan la línea de acción de la resultante de las rigideces en

cada sentido asumiendo que las rigideces de cada pórtico fueran fuerzas.

Dentro Del Análisis Del Método Sísmico Cabe Resaltar Los

Siguientes Criterios De Estructuración Y Diseño

1. La zona sísmica.

2. La forma espectral (tipo de suelo), y el factor de corrección φ

3. La clasificación según el uso, ya sea de grupo A, B1, B2, C o usos

mixtos.

4. El factor de importancia.

5. Nivel de diseño.

6. La clasificación según el tipo de estructura.

7. El factor de reducción de respuesta.

8. La clasificación según la irregularidad de la estructura.

9. Coeficiente sísmico para edificaciones.

10. Espectro de diseño.

ESTRUCTURACION SISMORRESISTENTES

Es premisa del diseño en ingeniería el lograr el balance entre

seguridad y economía. El primer propósito del diseño sismoresistente de

edificaciones, es de evitar pedidas de vidas y luego el de minimizar daños a

la propiedad.

La filosofía para el diseño sismoresistente, requiere que la estructura sea

capaz de:

Resistir sismos leves sin daños.

En estos casos la estructura deberá trabajar en el rango elástico.

Resistir sismos moderados con daño estructural leve y algún daño en

elementos no estructurales.

El diseño deberá permitir que el daño estructural en la mayoría de los

sistemas sea limitado y reparable.

Resistir sismos mayores, catastróficos, sin colapsar.

El diseño sismoresistente, debe proveer a la estructura de cualidades

estructurales y dinámicas de manera que tengan niveles de respuesta

adecuados frente a sismos de diversos características. La experiencia ha

demostrado que dichas cualidades tienen que ver con su configuración, su

rigidez, su resistencia y con su ductilidad.

a. CONFIGURACIÓN

Está definida por aspectos de:

Forma y tamaño de la edificación

Estructuración

Masa

Tipo y ubicación de elementos no estructurales (especialmente en la

tabiquería)

Forma y Tamaño de la Edificación

Elegir formas simples, simétricas y compactas a las formas complejas,

asimétricas y esbeltas. En planta, evitando las formas abiertas e irregulares;

como son las formas L, T, U, H, y buscando en lo posible, las formas

cerradas y regulares como son: la cuadrada, la rectangular, la triangular, la

circular, entre otras.

En elevación, debe evitarse los retiros y los crecimientos de la planta

con la altura de la edificación.

Estructuración

Debe Estructurarse definiendo caminos continuos, uniformes y

directos para la transferencia de fuerzas verticales y horizontales a la

cimentación; evitando las discontinuidades. Son ejemplos de discontinuidad,

la interrupción de muros antes de llegar a la cimentación, las aberturas

grandes en muros o las aberturas en elevación del muro, las perforaciones

de los diagramas horizontales.

No es conveniente también los cambios bruscos de resistencia o de

rigidez en los pórticos, muros de corte o en los diafragmas horizontales;

ejemplos típicos de cambios de rigidez lo vemos en los "pisos blandos" que

se producen en los edificios cuando la rigidez de un piso bajo es inferior a la

de los niveles superiores, o cuando en un mismo nivel ocurren columnas de

diferentes alturas; tal es el caso típico de columnas cortas

La estructura debe contar con diafragmas horizontales rígidos y

capaces de distribuir las fuerzas horizontales a los elementos verticales.

La disposición y características de los elementos sismo resistentes

deben tender a lograr simetría, y coincidencia de centro de rigideces con el

centro de masas, para minimizar los efectos torsionantes.

Cuando no hay simetría se producen torsiones que llevan a

comportamientos que son difíciles de predecir y a la magnificación

innecesaria de las fuerzas internas en algunos elementos.

Masa

Las fuerzas de inercia producidas por un sismo son proporcionales a

la masa de la edificación, debe buscarse por lo tanto reducirse al mínimo la

masa. Debe tenderse también a su distribución uniforme, en planta y

elevación, evitando concentraciones de masa, particularmente en los pisos

superiores.

b. RESISTENCIA

Dada la filosofía actual de diseño sísmico, en la que la resistencia se

cambia por redundancia y ductilidad, un mínimo de resistencia debe ser

provista para asegurar que las demandas correspondientes de ductilidad no

excederán las ductilidades disponibles de los elementos de la estructura.

Una resistencia excesivamente alta, ciertamente aceptable; puede ser

económicamente imposible. Cualquier resistencia intermedia puede ser

aplicable, siempre que los aspectos de la rigidez y ductilidad sean atendidos.

Debe buscarse una estructuración con más de una línea de

resistencia y con capacidad para redistribuir las fuerzas de sismo en

eventualidad de falla de elementos importantes. Esto puede lograrse con

sistemas de pórticos hiperestáticos que incluyan muros de corte y que estén

preparados para redistribuir las fuerzas horizontales después de la fluencia

inicial.

c. RIGIDEZ

Los desplazamientos laterales, de traslación y de rotación, dependen

de la suma de rigideces de los elementos resistentes y de la rigidez Torsional

de la planta, que es función de la ubicación de los elementos resistentes

verticales.

Los desplazamientos deben limitarse tanto por razones estructurales,

por protección de los elementos no estructurales, así como por el confort de

los ocupantes. El incremento de rigidez en una edificación se logra de

manera muy eficiente con la incorporación de muros estructurales.

d. DUCTILIDAD

En la generalidad de estructuras de edificios compuestos por

estructuras aporticadas, con la inclusión o no de muros de corte, cuya

características estructural común es la hiperestaticidad y la redundancia, la

economía en el diseño se logra al permitir que algunos elementos

incursionen en el rango inelástico, es decir, que sean capaces de disipar la

energía del sismo por medio de la fricción interna y la deformación plástica.

De esa manera será posible diseñar para fuerzas horizontales

sustancialmente menores a las correspondientes a una repuesta elástica.

Cuando mayor sea la ductilidad que desarrolle la estructura, mayor

será la energía disipada y mayor podrá ser la reducción de las fuerzas de

diseño. Debe verificarse que los elementos de la estructura columnas, muros

y vigas desarrollen ductilidades tales, que permitan a la estructura como un

todo, tener un comportamiento dúctil compatible con el factor de reducción

de ductilidad R, asumido en la determinación de las fuerzas laterales de

diseño.

La incursión de los elementos de una determinada estructura, en el

rango inelástico, debe ser selectiva y secuencial, de manera de disipar de la

estructura, minimizando la posibilidad de daños severos en elementos

verticales y eliminando la posibilidad de colapso de la estructura. El diseño

debe orientar a que sean los elementos horizontales los que ingresen

primero en el rango inelástico con la formación de rotulas plásticas en sus

extremos, mientras los elementos verticales permanecerán en el rango

elástico.

Los principales procedimientos de análisis sísmico son los siguientes:

a) Análisis estáticos lineales. Conocidos como Estáticos Equivalentes.

b) Análisis dinámicos lineales. Se usan de dos tipos:

Tiempo Historia. Cuando se usan registros de aceleración y las

respuestas estructurales se conoces a lo largo de toda la duración

del evento sísmico.

Espectro de respuesta. Cuando se trabaja con los espectros

obtenidos de los registros de aceleración, combinando los aportes

de cada modo, a fin de obtener un valor representativo de la

respuesta, ya que la falta de simultaneidad de las máximas

respuestas en cada modo de vibración implica la necesidad de

combinarlas adecuadamente.

c) Análisis estático no lineal. Más conocido como push-over, cuya

principal característica es la de usar sistemas equivalentes de un

grado de libertad, para modelar una estructura de múltiples grados de

libertad y que únicamente nos permiten apreciar respuestas globales

de la estructura.

d) Análisis dinámico no lineal. Cuando conociendo las propiedades de

los materiales constructivos de nuestra estructura y de los elementos

de los sistemas estructurales, hacemos uso de registros de

aceleración, en un cierto número de ellos, para predecir las

respuestas de nuestro sistema, generalmente las basadas en

desplazamientos. En general, pueden establecerse como objetivos del

diseño sísmico:

1. Evitar que se exceda el estado límite de servicio para sismos de

intensidad moderada que pueden presentarse varias veces en la vida

de la estructura.

2. Que el estado límite de integridad estructural no se exceda para

sismos severos que tienen una posibilidad significativa de presentarse

en la vida de la estructura.

3. El estado límite de supervivencia no debe excederse ni para sismos

extraordinarios que tengan una muy pequeña probabilidad de

ocurrencia. Para la realización de un análisis sísmico es necesario

considerar las siguientes etapas:

a) La selección de un sistema estructural adecuado. Capaz de absorber y

disipar la energía introducida por el sismo.

b) El análisis sísmico. Determinación del modelo analítico más representativo

de la estructura real.

c) El dimensionamiento de la sección. Los métodos de dimensionamiento

delas secciones y elementos estructurales no difieren sustancialmente de los

que se especifican para otro tipo de acciones, excepto para los métodos de

diseño por capacidad.

d) Detallado de la estructura. Para lograr un comportamiento dúctil, esto es,

detallar sus elementos y conexiones para proporcionar gran capacidad de

deformación antes del colapso.

El comportamiento preferencial de una estructura de hormigón armado

cuando solicitada por fuerzas sísmicas debe consistir en la disipación de

energía por toda la estructura, sin pierda de capacidad resistente, teniendo

aptitud para disipar la energía transmitida pelos movimientos sísmicos,

pasada la suya fase de respuesta elástica. O sea, la estructura debe ser

dotada de ductilidad, no solamente a nivel de cada elemento, pero también

como un todo, evitando la formación de mecanismos instables y mecanismos

de rotura frágiles.

El comportamiento estructural dúctil será más eficaz para resistir a la

acción sísmica pues los elementos exhiben mayor capacidad de hacer

desvanecer la energía transmitida por esta solicitación de carga y descarga,

a través de la suya respuesta non-lineal.

Resumiendo, se pretende conferir resistencia a los eslabones flacos

tal que la rotura al acontecer, ocurra primero por los eslabones dúctiles. De

esta forma, en el caso de los pórticos son de evitar mecanismos que

envuelven la concentración de rotulas plásticas en pila, conduciendo a la

formación de un mecanismo sin absorción suficiente de energía. Por otro

lado, los mecanismos con formación de rotulas plásticas en vigas (con

posterior formación de rotulas en las pilas) conduce a la formación de un

mayor número de rotulas, garantiendo la disipación de la energía y

distribuyendo ésta por un mayor número de elementos. Así se puede

controlar y prever el comportamiento de una estructura fase una solicitación

sísmica.