04 febrero 2011

Texto Guía de Ingeniería Antisísmica - Diseño Sismorresistente

Se cubren los conceptos generales de sismología, dinámica estructural y diseño. Se desarrollan métodos de cálculo sobre algunos casos prácticos. Se desarrolla el cálculo dinámico lineal y el análisis modal para estudiar su aplicación dentro del contexto de la Norma sísmica, haciendo hincapié en su aplicación práctica. Plasmando la información necesaria para diseño de estructuras sismorresistentes, que engloba los aspectos más prácticos y didácticos. Se tiene también una serie de ejercicios al final de cada capítulo los cuales ayudan una mejor comprensión de cada unidad.
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Texto Guía de Ingeniería Antisísmica
Facultad: Ciencias y Tecnología
Carrera: Ingeniería Civil
Autores: Ivan Richard Goytia Torrez y Rolando Villanueva Inca
Tutor: Ingeniero Felipe Ramiro Saavedra A.

INDICE
Capítulo 1 CARACTERÍSTICAS DE LOS SISMOS 1
1.1 Conceptos Básicos de Sismología 1
1.2 Causas de los Sismos 2
1.2.1 Tectónica de Placas 2
1.2.2 Sismos de Origen Tectónico 5
1.3 Fallas Geológicas 6
1.3.1 Definición 6
1.3.2 Tipos de Falla 7
1.4 Ondas Sísmicas 8
1.4.1 Ondas de Cuerpo 8
1.4.2 Ondas Superficiales 9
1.5 Instrumentos de Medición y Registros Sísmicos 10
1.5.1 Sismómetro 11
1.5.2 Acelerómetro 11
1.6 Medidas de los Sismos 12
1.6.1 Magnitud 12
1.6.2 Intensidad 12
1.6.3 Relación entre Escala de Intensidad y Medida 12
Capítulo 2 SISMICIDAD Y AMENAZA REGIONAL 14
2.1 Actividad Sísmica de una Región 14
2.1.1 Geología Regional 14
2.1.2 Mapas de Eventos Sísmicos 14
2.1.3 Estudios de Liberación de Energía 15
2.1.4 Estudios de Probabilidad Sísmica 16
2.2 Efectos de los Sismos 16
2.3 Respuesta del Sitio a Sismos 16
2.4 Historia de los Sismos 17
2.5 Consecuencias de los Sismos 17
2.6 Estudios de Riesgo Sísmico Local y Nacional 19
2.7 Sismo de Diseño 23
Capítulo 3 CONCEPTOS GENERALES EN EL ANÁLISIS DINÁMICO 24
3.1 Estructura Simple 24
3.2 Grados de Libertad 24
3.3 Sistema Linealmente Elástico 25
3.4 Amortiguamiento 26
3.4.1 Mecanismos de Disipación 26
3.4.2 Fuerza de Amortiguamiento 26
3.5 Ecuación de Movimiento 26
3.5.1 Segunda ley de Newton 27
3.5.2 Equilibrio Dinámico 27
3.5.3 Componentes de Masa, Amortiguamiento y Rigidez 27
3.6 Ecuación de Movimiento: Excitación Sísmica 28
Capítulo 4 VIBRACIÓN LIBRE 30
4.1 Teoría General de Vibraciones 30
4.2 Definición 31
4.3 Vibración Libre no Amortiguada 31
4.4 Vibración Libre con Amortiguamiento Viscoso 33
4.4.1 Tipos de Movimiento 33
4.4.2 Sistema Subamortiguado 34
4.5 Ejemplos 36
Capítulo 5 VIBRACIÓN FORZADA CARGA ARMÓNICA 41
5.1 Justificación 41
5.2 Sistema no Amortiguado con Carga Armónica 41
5.2.1 Ecuación de Movimiento 41
5.2.2 Resonancia 43
5.3 Sistema Amortiguado con Carga Armónica 45
5.3.1 Ecuación de Movimiento 45
5.3.2 Resonancia 46
5.3.3 Deformación Máxima 47
5.3.4 Factores de Respuesta Dinámica 48
5.3.5 Frecuencia Resonante y Respuesta Resonante 49
5.4 Ejemplos 51
Capítulo 6 MOVIMIENTO FORZADO CARGA IMPULSIVA 56
6.1 Introducción 56
6.2 Carga Impulsiva Rectangular 56
6.3 Carga Impulsiva Triangular 58
6.4 Carga Impulsiva Tipo Sinoidal 59
6.5 Respuesta al Movimiento del Suelo. 61
6.6 Análisis Aproximado de Respuesta para Carga Impulsiva. 62
6.7 Ejemplos 64
Capítulo 7 RESPUESTA A CARGA DINÁMICA GENERAL 71
7.1 Integral de Duhamel. 71
7.2 Integral de Duhamel para un Sistema no Amortiguado. 72
7.3 Integral de Duhamel para un Sistema Amortiguado. 73
7.4 Evaluación Numérica de la Respuesta Dinámica 73
7.5 Ejemplos 76
Capítulo 8 RESPUESTA SÍSMICA A SISTEMAS LINEALES 82
8.1 Movimiento del Suelo. 82
8.2 Respuesta Dinámica de la Estructura 82
8.3 Ecuación de Movimiento 82
8.4 Espectro de Respuesta 83
8.4.1 Cantidades de Respuesta 83
8.4.2 Histograma de Respuesta 83
8.4.3 Concepto del Espectro de Respuesta 86
8.4.4 Espectro de Respuesta de Deformación 86
8.4.5 Espectro de Respuesta de Seudo Velocidad 86
8.4.6 Espectro de Respuesta de Seudo Aceleración 87
8.4.7 Espectro de Respuesta Combinado D-V-A 87
8.4.8 Construcción del Espectro de Respuesta 88
8.5 Características del Espectro de Respuesta 88
8.6 Espectro Elástico de Diseño 90
8.6.1 Construcción del Espectro de Diseño 92
Capítulo 9 RESPUESTA SÍSMICA A SISTEMAS NO LINEALES 94
9.1 Introduccion. 94
9.2 Relación Fuerza-Deformación 95
9.2.1 Idealización Elastoplástica 95
9.2.2 Sistema Lineal Correspondiente 96
9.3 Esfuerzo de Fluencia Normalizado, Factor de Reducción de Fluencia y Factor de Ductilidad. 97
9.4 Ecuación de Movimiento y Parámetros de Control 97
9.5 Efectos de Fluencia 99
9.6 Espectro de Respuesta para Deformación de Fluencia y Esfuerzo de Fluencia 103
9.6.1 Definiciones 103
9.6.2 Esfuerzo de Fluencia para una Ductilidad Especifica 103
9.6.3 Construcción del Espectro de Respuesta con Ductilidad Constante 103
9.7 Esfuerzo de Diseño y Deformación a partir del Espectro de Respuesta 105
9.8 Esfuerzo de Fluencia de Diseño 105
Capítulo 10 SISTEMAS DE VARIOS GRADOS DE LIBERTAD 107
10.1 Introducción 107
10.2 Ecuación de Movimiento 107
10.3 Respuesta Dinámica: Análisis Modal 109
10.4 Método Matricial 109
10.4.1 Matriz Modal y Espectral 111
10.4.2 Ortogonalidad de los Modos 112
10.4.3 Normalización de los Modos 113
10.4.4 Factor de Participación 113
10.5 Método Numérico 114
10.6 Método Iterativo 115
10.7 Ejemplos 117
Capítulo 11 CRITERIOS DE ESTRUCTURACIÓN SISMO RESISTENTE EN EDIFICIOS 135
11.1 Introducción 135
11.2 Requisitos de Configuración 135
11.2.1 Configuración en Elevación 136
11.2.2 Configuración en Planta 137
11.2.3 Poco Peso 139
11.2.4 Hiperestaticidad 139
11.2.5 Columna Fuerte, Viga Débil 140
11.3 Sistemas Estructurales 140
11.3.1 Sistema de Muros Portantes 140
11.3.2 Sistemas de Estructuras de Edificación 141
11.3.3 Sistema de Pórtico Resistente a Momentos 141
11.3.4 Sistema Doble (Dual) 141
11.4 Selección del Método de Análisis 141
Capítulo 12 MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE 143
12.1 Determinación de las Fuerzas Laterales 143
12.1.1 Factor de Zona Sísmica 143
12.1.2 Coeficiente de Respuesta del Terreno 144
12.1.3 Tipo de Perfil del Suelo 144
12.1.4 Tipo de Lugar de Origen del Sismo 144
12.1.5 Factor de Cercanía a la Fuente de Origen 144
12.1.6 Periodo Fundamental 144
12.1.7 Amortiguamiento y Ductilidad 146
12.1.8 Factor de Modificación de Respuesta 147
12.1.9 Factor de Importancia 147
12.1.10 Coeficiente de Respuesta Sísmica 147
12.1.11 Carga Muerta Sísmica 148
12.1.12 Procedimiento de la Fuerza Lateral Equivalente 148
12.2 Estructuras de Varios Niveles 149
12.2.1 Distribución Vertical de la Fuerza Sísmica 149
12.2.2 Volcamiento 150
12.2.3 Efecto P-Delta 151
12.2.4 Desplazamientos de Piso 152
12.2.5 Cargas en los Diafragmas 153
12.3 Fuerza Cortante Basal para el Diseño Simplificado 154
12.3.1 Fuerza Cortante Basal 154
12.3.2 Distribución Vertical 154
12.3.3 Calculo de los Desplazamientos de Piso 154
12.3.4 Determinación de la Carga Sobre los Diafragmas 155
12.4 Combinaciones de Carga 155
12.4.1 Combinaciones de Carga Utilizando el Diseño por Resistencia 155
12.4.2 Combinaciones de Carga Utilizando el Diseño de Esfuerzo Admisible 158
12.5 Torsión 159
12.5.1 Momento Torsor 159
12.5.2 Centro de Masas y Centro de Rigideces 160
12.5.3 Efectos de la Torsión 161
12.6 Tablas 162
12.7 Ejemplos 168
Capítulo 13 MÉTODO DINÁMICO SUPERPOSICIÓN MODAL 175
13.1 Introducción 175
13.2 Ventajas del Análisis Modal 175
13.3 Procedimiento del Análisis Modal 175
13.4 Análisis Espectral 177
13.4.1 Numero de Modos 177
13.4.2 Combinación de Modos 178
13.4.3 Efectos de Dirección 178
13.4.4 Torsión 178
13.4.5 Sistemas Dobles 178
13.5 El Análisis por Historia del Tiempo (Cronológico) 178
13.6 Simulador Estructural. 179
13.6.1 Análisis de Eigenvectores 179
13.6.2 Análisis del Vector de Ritz 181
13.6.3 Resultados del Análisis Modal 181
13.6.4 Análisis del Espectro de Respuesta 182
13.6.5 Resultados del Análisis del Espectro de Respuesta 184
13.7 Ejemplos 186
Capítulo 14 DISEÑO SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO 198
14.1 Introducción 198
14.2 Cargas de Diseño 198
14.3 Pórticos Especiales Resistentes a Momentos 199
14.3.1 Diseño por el Método de la Resistencia 199
14.3.2 Resistencia y Ductilidad de Secciones a Flexión 204
14.3.3 Detalles Sismorresistentes para Vigas 208
14.3.4 Detalles Sismorresistentes para Columnas 210
14.3.5 Unión Viga-Columna 212
14.4 Muros de Corte 213
14.4.1 Resistencia al Corte 213
14.4.2 Muros de Corte para Cargas a Flexión y Axiales 213
14.5 Ejemplos 216
Referencias 229
Direcciones de Internet 231
Direcciones de Universidades en Internet232
Apéndice 233