Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural RESUMEN · RESUMEN Se establecerán nuevos lineamientos en el diseño de estructuras ante fuerzas sísmicas, aprovechando los avances

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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

RESUMEN

Se establecerán nuevos lineamientos en el diseño de estructuras ante fuerzas sísmicas, aprovechando los

avances tecnológicos de diferentes áreas de la ingeniería, orientados a lograr un diseño ante la posibilidad

de lograr beneficios ante fenómenos sísmicos, a fuerzas mayores será más fácil modificar el estado de

reposo del “apoyo friccionante deslizante”, la manufactura y diseño de los amortiguadores se pueden

realizar con ingenieros y mano de obra mexicana, al final se tendrán estructuras más económicas, seguras

y perdurables en suelos altamente sísmicos.

ABSTRACT

New guidelines will be established in the design of structures to seismic forces, taking advantage of the

technological advances in different fields of enginering, orientated to achieve a design with the posibility

of achieving benefits to seismic events, to major forces it will be easier to modify the conditions (state) of

the rest of “friction sliding support”, the manufacture and design of the pads can be done with engineers

and Mexican workforce, ultimately there will be had more economic, safe and lasting structures in highly

seismic floor.

XVI Congreso Nacional de Ingenierìa Estructural Veracruz, Veracruz., 2008

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TEORIA DESVANECEDORA DE ENERGIA SISMICA

INDICE

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVO DE LA TEORIA DESVANECEDORA DE ENERGIA SISMICA.

3. ELEMENTOS BASICOS DE ESTA TEORIA

4. CARGAS APLICADAS E INDUCIDAS EN LA ESTRUCTURA

5. REVISION DEL CONCEPTO DE CORTANTE BASAL

6. APOYO DESLIZANTE FRICCIONANTE

7. SISTEMA PRESURIZADO

8. RESORTES / AMORTIGUADORES HIDRAULICOS

9. TIPO DE ANALISIS

10. EJEMPLO PRACTICO

AUTOR:

Ing. Juan Gerardo Alvarez Vizuet

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1. ANTECEDENTES

El análisis sísmico actual se basa en resistir la excitación producida por las ondas del movimiento del

suelo resultado de un fenómeno sísmico

Esta resistencia es proporcionada por la rigidez que proporcionan las columnas, contra venteos, muros,

etc.; conforme se tienen avances en el área tecnológica y se crean o diseñan aparatos más sofisticados,

que muestran rangos importantes de actividades que se interpretan, debiendo incrementar los factores que

se requieren para realizar un análisis sísmico correctamente hablando.

Debido al incremento de las fuerzas sísmicas indicado en la actualización de la Normatividad vigente

implica que la energía que tendrá que disipar la estructura del edificio será cada vez mayor, por lo tanto se

debe cumplir con los requisitos de regularidad, de normatividad, ductilidad, complicando el análisis y el

diseño, obteniendo diseños de estructuras más pesadas y costosas, y no con ello más seguras, solo

cumplen un Reglamento que al menos trata de resistir ciertas magnitudes de las fuerzas de la Naturaleza

interpretadas por la prueba y error ante la falla de las estructuras que cumplieron con toda la

Normatividad vigente y colapsaron ante un evento sísmico de magnitud considerable, solo se comenta

que “Nuestros alcances fueron rebasados en un margen muy amplio por las fuerzas de la Naturaleza”.

Ante este campo de diseño me permito presentar una teoría que pretende evitar que las fuerzas sísmicas

lleguen a participar en las cargas de trabajo en el diseño de cualquier estructura, en este trabajo serán

edificaciones cuyo uso puede ser hotelería, oficinas, habitacional, hospitales, escuelas, etc. Todas de

quince niveles o mayores.

Es necesario comentar que el sistema se ha pensado para los movimientos oscilatorios horizontales

paralelos al eje terrestre, los movimientos verticales o trepidatorios no se incluyen en este trabajo.

2. OBJETIVO DE LA TEORIA DESVANECEDORA DE ENERGIA SISMICA

Obtener estructuras más ligeras cómodas y seguras, ante fuerzas sísmicas infinitamente grandes,

aprovechando la tecnología, maquinabilidad y comportamiento de los materiales existentes dentro de

nuestro país.


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3. ELEMENTOS BASICOS DE ESTA TEORIA

La teoría se basa en dos estructuras relacionadas entre sí.

La estructura numero uno es un cajón de cimentación debidamente anclado al suelo por medio de pilas o

pilotes o sin ellos, recibidos por contra trabes y losa de fondo capaz de resistir la descarga de la estructura

en proyecto y la carga transmitida por el empuje del agua freática, los muros se encuentran debidamente

reforzados para resistir los empujes naturales de un suelo activo y en reposo, esta estructura es la que

recibirá la aceleración producida por un fenómeno sísmico.

Dentro de la estructura uno, se colocara la estructura dos con apoyos friccionantes deslizantes de todas las

columnas y muros de concreto, la base de todas estas columnas deberán estar restringidas con un nivel de

trabes para evitar el coceo de las mismas, en este nivel de trabes y por cada columna o muro perimetral se

colocara un resorte (amortiguador) con una rigidez pequeña solo capacitada para evitar el momento de

volteo del edificio.

Se colocaran al menos cuatro niveles de resortes, en cuatro niveles del cajón de cimentación.

Se construirá la estructura con materiales diferentes, concreto o acero tan esbeltos o económicos como se

puedan construir.

Anexo I. (Corte esquematico).

4. CARGAS APLICADAS E INDUCIDAS EN LA ESTRUCTURA

Las cargas que gravitan sobre la estructura uno serán:

Carga total de la estructura dos.

Empujes laterales del terreno.

Presiones inducidas por el nivel freático.

Fuerzas dinámicas horizontales ambas direcciones.

Las cargas que gravitan sobre la estructura dos:

Carga debidas al peso propio.

Cargas muertas, incluye pisos, muros, fachadas, etc.

Cargas vivas. Uso o destino de la estructura.

Fuerzas dinámicas horizontales ambas direcciones amortiguadas por la primer estructura.

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5. REVISION DEL CORTANTE BASAL

Se debe utilizar un espectro de sitio.

Se aplicara un análisis dinámico con el factor de comportamiento sísmico más alto permitido por el

Reglamento y las Normas respectivas, cumpliendo todos los requisitos que se nos solicitan para este tipo

de diseño.

No se cumplirá en el aspecto: El cortante basal dinámico debe ser al menos el ochenta por ciento del

cortante basal estático.

Se estima que el cortante basal dinámico es la fuerza máxima de diseño de la estructura y al menos su

magnitud deberá ser capaz de modificar el estado de reposo de los apoyos friccionantes deslizantes.

A fuerzas mayores inducidas por el sismo, estas modificaran más rápido el estado de reposo de los

apoyos.

6. APOYO DESLIZANTE FRICCIONANTE.

En principio se requiere eliminar la fuerza de fricción que se genera en el apoyo, entre dos superficies

paralelas sujetas a una presión entre ellas equivalente a la presión de contacto admisible en el concreto de

al menos el 25 % del esfuerzo de compresión del concreto a utilizar.

Fp=0.25 f`c kg/cm!

Características de trabajo de las placas transmisora y receptora que forman el apoyo.

Se tienen dos superficies planas que se mueven en forma relativa y paralelas una respecto a la otra sin el

beneficio del contacto giratorio.

Se presenta contacto por deslizamiento, la forma real de las superficies debe ser lo mas limpia, uniforme,

libre de escorias u objetos que impidan el deslizamiento.

El acabado de las superficies desde el punto de maquinado, será un acabado espejo con una rugosidad del

orden de 10 a 15 micro pulgadas.

Materiales a utilizar.

Se utilizaran materiales tradicionales como el acero A36 para placas transmisora y receptora.

Se utilizaran materiales como el bronce en las placas que formen la articulación, apoyo de los

resortes/amortiguadores para minimizar las posibilidades de corrosión.

El bronce a utilizar deberá ser antifricción resistente al desgaste bajo presiones fuertes y velocidades

bajas.

Anexo II (Apoyo Deslizante Friccionante)

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7. SISTEMA PRESURIZADO.

Sistema de presurización para inyectar aceite a presión.

En medio de estas superficies se debe colocar una película de aceite con un espesor mínimo de 0.005”

suministrado a presión y manteniendo presurizado el sistema.

La base del sistema deberá trabajar a baja velocidad donde las bases deslicen con suavidad con una

fricción mínima para que el sistema sea capaz de responder con rapidez.

Se colocara un sistema por un máximo de tres columnas, cantidad a estudiar por características propias de

cada proyecto.

Anexo III. (Sistema presurizado).

8. RESORTES / AMORTIGUADORES HIDRAULICOS

En este diseño debe de participar la constante de rigidez del resorte modelada en el modelo de la

estructura.

Los apoyos de los resortes son articulaciones y deben girar horizontalmente sobre un par de placas en

forma de peine unidas por un perno vertical capaz de soportar las cargas inducidas por el análisis.

Anexo IV (Apoyos articulados).

9. TIPO DE ANALISIS

Se inicia del hecho de que todos hemos aplicado los criterios de Diseño Sísmico que se aplican a los

edificios, enunciados en las Normas y Reglamentos respectivos. (Distrito Federal, UBC, etc.)

No existe duda al hablar de conceptos de regularidad, factor de comportamiento sísmico, en clasificar las

estructuras según su destino y estructuración.

En aplicar un análisis estático, dinámico, paso a paso, etc.

Debe ser un análisis No lineal, donde se puedan modelar las dos estructuras.

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10. EJEMPLO PRACTICO

Peso para análisis sísmico 12500 TON

Periodo de vibración 1.815 1.815 1.815 1.815 1.95 1.95 1.95 1.95

Coeficiente sísmico 0.32 0.24 0.16 0.08 0.32 0.24 0.16 0.08

Factor comportamiento Sísmico 1 1.33 2 4 1 1.33 2 4

Cortante basal estático por

Norma

4000 3000 2000 1000 4000 3000 2000 100

0

80% Cortante basal estático 3200 2400 1600 800 3200 2400 1600 800

Cortante dinámico calculado en

X

2121 1591 1061 530 2780 2085 1390 695

Cortante dinámico calculado en

Z

2158 1619 1079 540 2783 2087 1392 696

Desplazamiento calculado en X 34.16 25.66 17.07 8.5 36.95 27.72 18.48 9.25

Desplazamiento calculado en Z 34.22 25.7 17.17 8.65 35.75 26.84 17.47 9.02

Tipo de apoyo lateral 90000 90000 90000 90000 NO NO NO NO

Tipo de apoyo vertical PIN PIN PIN PIN FIX FIX FIX FIX

Fuerza en el resorte horizontal 90 68 46 24 00 00 00 00

Cantidad de resortes 48 48 48 48 00 00 00 00

Cimentación FX 90 68 46 24 241 182 121 61

Elementos FY 1957 1602 1247 892 1991 1616 1240 864

Mecánicos FZ 62 47 31 20 113 85 57 49

Máximos MX 0 0 0 0 658 546 402 277

MY 0 0 0 0 0.67 0.74 0.75 0.75

MZ 0 0 0 0 899 672 450 226

Anexo V. (Edificio para departamentos.)

La literatura de metales indica las siguientes especificaciones para obtener un Bronce

con las cualidades anteriormente mencionadas.


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