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(1)

ACOPLAMIENTO

TORSIONAL EN

EDIFICIOS

DE DOBLE SIMETRIA

Paulina GONZALEZ S."

RESUMEN

El

comportamiento

dinamico torsional de

edificios

ha si­

do ampliamente

investigado

emplean do diversas meto­

dologias,

pero los resultados que se ha obtenido no siem­

pre proporcion an

conclusione's

suficientemente

genera­

les,

aplicables

a diversos

tipos

de estructuras, en

especial

a

edificios

de doble simetria. En esos estudios se ha ob­

servado que

edificios

aparentemente

simetricos, cuyas

rigideces

rotacional y traslacion al

satisfacen

una relacion

critica entre s

I,

presentan oscilaciones torsionales.

En este trab

ajo

se estudia analiticamente la respues­

ta dinamica de

edificios, empleando

modelos sim p

lifica­

dos de la estru ctura y del movimiento sism ico, con 10

que se

consigue

iden

tijic

ar los parametros que son deter­

minantes de las caracteristicas del

[eno

meno de acopla­ miento torsional. Los param etro s

identificados

corres­

po nden a la direccion de aplicacion de la solicitacion y

la

[re

cuencia de esta, y las c aracteristicas de la estructu­

ra. Del analisis del movimiento del sistema se deduce que

edificios

de doble simetria vibran torsionalmente cuando

son sometidos a solicitaciones traslacio

nales,

debido a que se hace

presente

el

[en

o m en o de resonancia entre

las

frecuencias

de la solicitacion y de la estructura.

INTRODUCCION

En estudios

experimentales'

2,

as! como en simulaciones

computacionales"·'s,','.

se ha observado que edificios con simetria aparente de masas y

rigideces

oscilan

Candidata al grado de Magister en ingenieria Sismica. Departamento de ingenieria Civil. Universi­

(2)

2 REVISTA DEL IDIEM vol. 22, n? I, mayo 1983

simultaneam e nre en forma traslacional y rotacional cuando son excitados por

solicitaciones dinamicas de traslac ion. En las

investigaciones

sobre este fen ome n o

se ha encontrado que es

producido

prin

cip

alrne nte por dos causas. Una de

elIas,

estudiada por Newmark' y Mazilu y

colaboradores',

se asocia al movimiento dife­

rencial entre la

particulas

de su elo, ocasionado por la prop agacion de las ondas

sismicas. La otra causa. que se

comprueba

analfticamente en este rrab

ajo

, tiene

relacicn con las caracteristicas y c o n

figur

acion de la estructura.

Sobre la

segunda

causa mencionada se ha realizado diversas

investigacio­

nes 2

a 7'(0

basadas en la respuesta d inarnica de

algunas

estructuras de uno y v arios

pisos.

En esos

trabajos

se ha detectado que en estructuras que presentan exc e n­

tricidades estaticas

pequefias.

pracricam ente

nulas,

y que satisfacen una cierta relac ion critica entre las

rigideces

rotacional y traslacional, se

producen

rn o vi­

mientos torsionales cuando son solicitadas traslacionalmente. Para tom ar en

cuenta este fen6meno los

c6digos

de

disefio,

en el m e todo estatico de a nal is is,

consideran un factor de arnplificacicn dinarn ico del momenta de torsion y una

excentricidad accidental adicional',",". Sin em

bargo

estas

disposiciones

carecen

de suficiente fun dam enracion te o rica,

especialmente

para el caso de ed ific ios de

doble simetr

ia,

ya que se basan en observaciones y estudios

empiricos

de casos

particulares"

a"

y en estudios que

atribuyen

la causa de las oscilaciones torsiona­

les de edificios sirnetricos solamente a movimientos diferenciales entre las

particulas

de su elo".

EI

objetivo

de la presente invest

iga

cion es

explicar

analiticamente el fen o­ men o

observado;

para ello se desarrolla las ecuaciones d inam icas del movimiento,

considerando un modelo

simplificado

de la estructura y de la s olic itacio n sismica,

los que, sin restarle validez a los resultados que entregan, facilitan notoriamente

el tratamiento analitico del

problema.

En

primer

lugar.

se determina las direc­

eiones de

aplicaei6n

de la solicitaci6n que maximizan la respuesta de la e struc­

tura, con 10 que se

generaliza

las observaciones experime ntales de

Ay

re

'

•. Pos­

teriormente se hace un estudio analitico de las oscilaciones traslacionales v

tor-,

sionales del sistema. cuando e ste satisface las condiciones. que. de acuerdo con

las observaeiones pra cticas y

experimentales

mencionadas. generan las m axirn as

respuestas estructurales. En

particular.

se deduce que ed ificios aparentemente sirnetricos presentan oscilaciones torsionales de gran

magnitud

cuando son soli­

eitados traslacionalmente.

Los resultados que se obtienen de este a n alis is

configuran

una fundamenta­

cion mare matica que

explica

el

comportamiento

torsional de edificios de doble

simetria. Ademas,

permiten

e xplicar, como un caso

particular,

que las oscilaciones

torsionales de edificios con excentricidad e statica en un s610 e

je

,

perpendicular

ala direccicn de

aplicaei6n

de la s olic itacion , aumentan a medida que

disminuye

dicha excentricidad.

Finalmente,

considerando la incidencia que

pueden

tener

los resultados de este

trabajo

en la Norma Chilena de Calculo Antisismico de Edificios t", se discute la validez de

algunas

de las

disposiciones

contenidas en

(3)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIO'> DOBLE SIMETRIA

ECUACIONES DEL MOVIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ! �

Modelo estructural

Se estud ia el

comportamiento

d inarnico torsional de edificios para 10 cual se

a�ali­

za un modelo

lineal.

no amor

riguad

o, de tres

grados

de libertad, de una estruc­

tura de un

piso.

El modelo esra compuesto por una losa

rigida

en su

plano

apo­

yada

sobre columnas inextensibles de masa

despreciable

y de

rigideces kxi

en la d ire ccion x y

kyi

en la d irec cion y. como sc ilustra en la

Fig.

1. Se

desprecia

la

rigi­

dez torsional individual de la columnas. Los tres

grados

de libertad del sistema

corresponden

a los

desplazamientos

horizon tales u y v del centro de masa de la

losa, relativos al suelo, medidos en las direcciones x e y. respe.ctivamente, y al

giro

() en torno al

eje

vertical z.

e

y

-$--$-

�-+-_+C.R.

.

ey

+ --4---���x

.

kyi

C.M. _

ex

Elemento i

Fig. 1. Modelo estructural.

v

z u

Los par arn etros que se

emplean

para describir el modelo son referidos

al centro de masa de la losa. La matriz de

rigidez

esS."'

Kxx

Kxy

KX8

[K]

Kxy

Kyy

Kyo

KX8

Kyo

K8 (J

Y cada uno de sus elementos esta dado por

. n

n

- L

i = 1

k .

(4)

4 REVlSTA DEL IDIEM vol. 22. nO 1. mayo 1983

n

K()

e

- L

(kxid�i

+

kYid�i)

i = 1

donde

ex excentricidad estatica en la d ireccion x

ey

excentricidad est atica en la d irec cion y

dx;

distancia desde la columna i al centro de m as a, medida en la

direc-cion x.

dy;

distancia desde la columna i al centro de m a sa, medida en la d ireccion y.

Suponiendo

que la masa esta uniformemente distribuida en la losa r

ig

ida,

la m atriz de masa es

fMJ

[m

m

.:

m masa de la lo s a

P radio de

giro

de la losa

Vibraciones

libres

La e c u a cion del movimiento en vibraciones libres del sistema descrito es··'

1a

en que

C}

es el vector de

desplazamientos

relativos del centro de masa

Ib

y

{

u}

es el vector de aceleraciones. La e c u a cion

(1

a)

corresponde

a un siste­

ma de ecuaciones diferencialcs lineales con soluciones de la forma

{ U}

2

donde C es una constante a rb itraria, Wnk es la frecuencia natural de vibr ar

del modo k y

{<P;k}

es el modo natural de vibrar.

Como el sistema d inarn ico es de tres

grados

de libe rtad , resulta una matriz

modal de 3 filas por 3 columnas y tres frecuencias naturales.

EI movimiento del sistema

puede

ser considerado como una sene de

movimientos rotatorios en torno a centros insta nta ne o s de rotacion . Cuando la

estructura vibra en un modo natural

cualquiera,

el centro insta nta n e o de rota­

cion es estacionario I•• La

posicion

de dicho punto, para el modo

k,

queda

dado por las c oordenadas".'•.

XCIRk

=-

YC1Rk

=

(5)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIOS DOBLE SIMETRIA 5

La recta que une el centro inatantane o de rotacion del modo Ie con el

centro de masa del sistema

queda

definida por su

pendiente

respecto del

eje

"

del sistema de coordenadas

elegido

tgaCIRk

=

YC1Rk

-

tPlk

XC1Rk

-tP2k

k

-1, 2, 3 4

Vibraciones

forzadas

La e c u acion del movimiento en vibraciones forzadas·,5 es

5

donde

{UJes

el vector de aceleraciones del su elo

Aplicando

sepa racion de variables a la e cuacion

(5)

6

con

[rt> 1

matriz modal

(solucion

espacia l)

{Y

(t

)}:

solucion tern

poral

se obtiene un sistema

desacoplado

de e c u acron e s diferenciales en el dominio

del tiem po, de la forma

7a

donde

7b

Lw�j:

matriz

diagonal

de frecuencias naturales del sistema

EI k-esirn o te r rn ino de la e c uacion

(7a)

puede

expresarse como

.. ..

Yk(t)

+

W\1kYk(t)=

-(�klUS

+

�k2Vs

+

�k3

6s)

k

-1, 2, 3 8

ANALISIS DE LA RESPUESTA DINAMICA DE LA ESTRUCTURA

Respuesta

a

soliciracion

sinusoidal

La m odelacion de un movimiento sisrn ico mediante una sinusoide es una

aproxi­

m a cion sim plificada, pero sirve adecuadamente a los propositos de este analisis

porque pe r m ite extraer con facilidad informacion de interes acerca del movimien­

(6)

6 RBVISTA DEL IDIEM vol. 22, nO I, mayo 1983

son

separables

en dos grupos; unos

provienen

de la solicitacion y los otros de

la estructura misma. Entre los

primeros

se tiene la direccicn de ap licacion de la

sol ic itacion y su frecuencia. Los factores que

corresponden

a la estructura son sus frecuencias naturales y la distancia entre los centros de masa y de

rig

i-Fig. 2. Direccion de apticacion de la solici­

racion.

dezI,'," a " .',.' .

Suponiendo

e xcitacion torsional

nula,

el vector de aceleracion del

suelo es

9

en que el

angulo

0:,

Fig.

2, define la

direc cicn de aplicacion de la solici­

tacion con respecto al

eje

X del sis­

tema de coordenadas

elegido.

Con

esta soliciracion, la solucion de la e cu acion

(8)

en el

regimen

permanente

es

La

amplitud

de la respuesta en cada modo de la estructura, de acuerdo con las

ecuaeiones

(6),

(7a),

(7b)

y

(10),

es

=

{I/>k}

A

(1/>1k

coso: +

1/>2k

sen

0:)

(W�k

-

w2

)(1/>1k

+

I/>�k

+

P21/>�k)

(Jk2

seno:)

(

W2

11 k

Influencia

de

la

solicitacion

senwt k - 10

1, 2, 3

k I, 2, 3 11

Es faeil ver que si la frecueneia de la solicita cion coincide con la frecuencia

natural de uno de los

modos,

se

produce

resonancia en ese modo.

La d irec cion de

aplicaci6n

de la solicitacion que m axirn iza las respu e stas

modales se deterrnina

igualando

a cero la derivada

parcial

con r especto al a ngulo

0: de la respuesta modal. Al aplicar este

procedimiento

en la e cu a cion

(11)

se obtiene

k 1, 2, 3 12

donde O:erk es el

angulo

que define la direccion critica de aplicacion de la soliei­

tacion, que es

aquella

que genera la maxima respuesta de la estructura segun

el modo k. Relacionando este resultado con la e c u a cion

(4),

se tiene

1

tgO:crk

= -

----tgO:CIRk

k

(7)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIOS DOBLESIMETRlA 7

De esta relacion se deduce que la direccion critica de un modo e. perpen­

dicular a la recta que une el centro de masa del sistema con el centro inatantaneo

de rotacion del modo. Este es un

importante

resultado que

permite

explicar

analiticamente y

generalizar

las observaciones exper imentales de

Ayre"

acerca

de los param etro s que

influyen

en la respuesta torsional de las estructuras no­

simetricas.

Tamb ien se deduce que la respuesta

modal,

definida por la Ec,

(11),

varia

de cero, cuando la d ireccion de incidencia coincide con la

perpendicular

a la

direccion critica, a su valor maximo cuando la direccicn de aplicacicn de la solic itacion es

precisam

ente la cri tica.

Influencia

de

las

caracteristicas

de

la

estructura

EI estudio de la influencia de las caracteristicas de la estructura en la respuesta

dinamica se ve facilitado cuando ellas son descritas mediante relaciones matema­

ticas sencillas. Se da tal situaci6n cuando las

rigideces

del

sistema,

segun

las direcciones x e y, son

iguales

(Kxx

=

Kyy

=

K),

ya que para ese caso la e cu acion cubica de frecuencias de la estructura se reduce a una ecuaci6n cuadrarica",

Bajo

estas

condiciones,

las

expresiones

para las formas modales y frecuencias natura­

les del sistema son

o

2

-Wn2)

14

W2

=

I'll

K ISa

m

2 - 1

+

woo)

+-2

(

2 2 2

4 4 Wi'll

-woo)

+ Wi'll ISb

K00

mp2

y las direcciones c rit ica s de los modos son en que

1 Sc

=--- 16

De

aqui

se deduce que la d ire c cio n crit ica del modo 1 coincide con la

linea que une los centros de masa y

rigidez

y, ade m a s, que es

perpendicular

a

las direcciones c riticas de los modos 2 y 3, las que en estas condiciones son

coincidentes entre si, Tam b ien es

posible

deducir

que las direcciones c rit ica s

de los tres modos

corresponden,

de acuerdo con las

expresiones

(14),

a las

direcciones de vibracion libre de cada uno de ellos. En

efecto,

la forma modal 1

indica que la estructura vibra segun la d ire c cion de la linea que une los centros

(8)

8 RBVISTA DEL !DIEM vol. 22. nO 1. mayo 1983

2 Y 3 indican que la estructura vibra

segun

la d ireccion

perpendicular

a la de

vibracicn del mod0 1, presentando en estos dos casos oscilaciones torsionales.

Teniendo en cuenta los resultados de la e cuacion

(11)

respecto a las fre­

cuencias de la solic itacion, y su relacion con la respuesta de la estructura y

la dire ccicn critica de los modos 2 y 3. se deduce que si la solicitacion es

apli­

cada

segun

esta d ireccion, en la vibracion resultante de la estructura

predomina

uno de estos dos

modos,

dependiendo

de cu sl sea la frecuencia de la solicitac ion.

Como interesa estudiar la respuesta torsional de la estructura a solicita­

ciones

traslacionales.

se hace incidir la e x citacion en la d ire c cion critica de los

modos 2 y 3. con 10 que se anula la respuesta del modo 1 que es solo traslacional.

Con el

objeto

de independiz.ar, en parte. la direccion critica de la razon de excen­

tricidades,

se considera que estas son

iguales

(ex

=

ey

=

e).

y por 10 tanto se

obtiene

1T 4

17

31T

=

°cr3 =

4

Si se supone. adicionalmenre, que las

rigideces

rotacional y traslacional

satisfacen la relacion c rit ic a? a 5,'0.",10 dada por la

siguien

te e c uacion

K

m

2

-Wee

2

WI 18

entonces las frecuencias naturales de los modos 2 y 3, e c u acion

(ISb),

se

reducen a

19

y la arn plitu d de la respuesta del sistema es

e e 20

{ u}

= -e

Ay'r

-e

AyI2'

4e[wi

(1

-!!_vfZ)-

w2

]

+

4e[wt

(l

+ e

iff)

-w2]

�y'2

p

!!_y0:

p p

A] separar la respuesta asociada a cada

grado

de libertad en la e c u a cion

(20),

considerando que el

desplazam

iento del suelo es sinusoidal de am

plitud

Ao.

de manera que A =

w2

Ao. se tiene

u=Ao�

1 21

(1

+

!!._vfZ)

- 1

P

v =

(9)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIOS DOBLE SIMETRIA 9

23

pO

-Ao�

Los terrninos entre parenresis de Have en las ecuacrones

(21)

y

(23)

co­

rresponden

a los factores de am

plificacion

dinamica

(F .A.D.)

del

desplaza­

miento y

giro

del sistema

respectivamente.

En las

Figs.

3 y 4 se ha

graficado

las curvas de F.A.D. para los distintos va­

lores de la excentricidad estatica

(elp).

En elias e s

posible

apreciar

que aunque

la excentricidad estatica sea muy pequena,

despreciable

desde el punto de vista practico, se

produce

el fen cm e no de resonancia en el

grado

de libertad de

giro;

esto ocurre cuando la frecuencia de la solicitacion coincide con

cualquiera

de

las frecuencias

correspondientes

a los modos naturales de vibrar de la estructura

que poseen componente

torsional,

aunque esta tambien sea muy pequena,

Otra caracteristica del movimiento que

puede

observarse en las

Figs.

3 y 4 es

que este es

inestable,

tanto traslacional como

torsionalmente,

en las vecindades

de las frecuencias naturales de la estructura. Es

posible

notar, adem

as,

que la zona de inestabilidad aumenta a medida que aumenta la excentricidad esrarica. Para

interpretar

correctamente el

significado

y la pro yeccion de este

IF.AO.lu 0('"

6"

6"

'0

Q'��Q.� 0,1 0)

-00

t·O) 01 cce001OD!O� 01

03

(10)

'0 ,

, , ,

0

Q' ,0 " w2

_1_ w2

-'0 ,, ,, ,,

, , , , , , , ,

, , , ,

·.0 ,

, , 10

IF.A.D.lB

'00

.._ 0'

eo

eo

OO!l 001 01

01 001 00')

REVISTA DEL IDIEM voL 22, nO 1, mayo 1983

IX=.y='

·eo

·00

-,00

0'

Fig.4. Factor de

amplificaci6n

d inamico de giro

resultado

hay

que tener presente que prOVlene de un modelo linealizado de

la estructura, sometido a un

regimen

oscilatorio estacionario. En consecuencia, con el resultado obtenido para el

giro

e se de m u estr a te orica m e nt e que estruc­

turas aparentemente sirnetricas

responden

con oscilaciones torsionales de gran

amplitud

cuando son solicitadas

traslacionalmente,

conclusion que concuerda

plenamente

con observaciones

experimentales

y simulaciones del fen o m e n o. Un caso

particular

de la situ acion considerada ante riorm ente, se da cuando

un edificio presenta excentricidad estatica en un

eje

s olarn e nte, y este r e sulta

ser

perpendicular

a la direccion de aplica cion de la solic itacion . En esas condicio­

nes, se tiene

e 24a

00

+

�)

p 24b

las direcciones criticas coinciden con los eJes X e Y del sistema de coordenadas

1T

2

(Eje

Y)

(11)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIOS DOBLE SIMETRIA 11

Haciendo un desarrollo an

alogo

al anterior

(ecuaciones (14)

a

(20».

es

decir,

aplicando

la solicitacion

segun

la d ireccion cririca de los modos 2 y 3

(Eje

X).

se

obtiene

U :::: - A

ov'Z

1

25

1 +

1

26

pO

-

-En las

Figs.

5 y 6 se muestra las curvas de F.A.D.

correspondientes

a las ecuaciones

(25)

Y

(26).

De ellas es

posible

extraer conclusiones

analogas

a las

obtenidas de las curvas de las

Figs.

3 y 4; con ello se establece una

jusrificacicn

analitica para las observaciones descritas en las referencias

(3,

6,

10, 19,

21),

en las que se indica que los edificios que

cumplen

con las condiciones de las ec u a c to n e s

(24a)

y

(24b),

presentan oscilaciones torsionales de gran

magnitud

cuando la excentricidad estatica es muy

pequefia.

oL_==���������

__

��

I

-_

O� I I� 10 2' w2

, !

: -:r

I I I I I I

I I

I

I

I I I I IF.A.D·!u

t.0.) H'"

00

'0

20

-20

-60

�:OJ

"00

0)

0.1 0010�

0.0'001 0.1

0.)

(12)

,

1

I;

.

/' "

)i

:

mi';:;

I I I I I

I I I I

J I, I

__./ 1./....

I._li+

; ,"1'1; ,

I I I I

V

;'t\"

,I

j:

tl

:

\!

I'

J '

i , r

. ,

! I; I

, I

" ,i

, ,

1 ,

I

t' 01 aD!

9" 03 cos

12

, IF.A.D.lu

I

""'�

,.

...

-REVISTA DEL IDIEM vol. 22. nO 1. mayo 1983

QO"j co- 01

01 001 cce Q,

,

1 ,

'.

Fig. 6. Factor de amplificaci6n dinamico de giro.

DISCUSION Y CONCLUSIONES

Del estudio e xpuesto en este

trabajo

se infiere que los m odelo s lineales son

apropiados

para describir analiticamente

algunos

aspectos de inter e s sobre el

comportamiento

d inarnico real de

edificios,

posibilidad

que s e ve notablemente

facilitada por la sencillez inherente del analisis de sistemas lineales. Para estu­

diar la r espuesta torsional de edificios se ha ernpleado un modelo lineal que

permite reproducir

y fundamentar a nal it ica m ente, las observaciones pr actica s

' ' .

I.

Y

experimentales'

del fen o m e n o. Por otr a parte. el m odelo del movimiento sisrn ico

empleado

en esta invest

ig

acion, no obstante su s e n cil lez,

permite

extraer

importantes

conclusiones sobr e la respuesta d inarn ica torsional de las

estructuras y su relacion con las caracteristicas de la s olicitacio n , Ade rn a s. si

se tiene en c uenta que las estructuras lineales se comportan como filtros de

banda angosta en torno a sus frecuencias naturales" . la m odelacio n del sism o

mediante una fun cion sinusoidal tiene

plena

validez real.

Una de las conclusiones destacables del presente estudio establece que

uno de los pararnetro s determinantes de la respuesta dina m ica to rsion al de

edificios 10

constituye

la d ire ccion de aplicacion de la s olic itacion, ya que la

(13)

ACOPLAMIENTO TORSIONAL EDIFICIOS DOBLE SIMETRIA 1.3

de cer o, cuando la d ire ccion de aplicacien es

perpendicular

a la direccion

\,.

crrtrca

del

modo,

hasta alcanzar su valor maximo cuando la direccion de

aplicacion

es

precisamente

la critica. Por 10 tanto, de este

parametro

depende

que._

las

vibraciones de la estructura sean

gobernadas

preferentemente

por una u otra

forma

modal,

10 que

significa

mayor 0 menor exciracicn de los diferentes

grad

os de libe rtad del sistema y, por 10 tanto, mayores 0 m enores esfuerzos en

los elementos resistentes que conforman el edificio. A este respecto una de las

disposiciones

de la Norma Chilena de Calculo Antisismico de Edificios 11

espe­ cifica que las estructuras se deben calcular y

analizar,

por 10 menos, para dos

direcciones

perpendiculares

0

aproximadamente

perpendiculares

entre 51. La lirn itacion que contiene esta d

isp

osic ion es que un edificio

puede

ser calculado

para resistir los esfuerzos que se generan de un analisis como el indicado y, SIn em

bargo,

quedar

subdimensionado porque las direcciones de aplicacion

de la s olicirac ion supuesta no

correspondan

realmente a las que generan los m a ximo s esfuerzos. Sobre este punto se

sugiere

extender la inves

tig

acion a

edificios de varios

pisos,

con el p roposito de estudiar la manera de definir las

direcciones criticas de los modos fundamentales de estructuras de 3n

grados

de libertad.

Tambien se ha encontrado que un factor de gran influencia en el compor­

tamiento d inarnico torsional de ed ificios, se refiere a las caracteristicas de la e str u ctura. Se ha determinado en forma analitica

que estructuras que satisfacen

la relaci6n critica de

rigideces

dada por la ecu acion

(18),

y que, ademas, poseen

excentricidades e staticas nulas desde el punto de vista practico,

quedan

sometidas

a oscilaciones torsionales de gran

magnitud

cuando son solicitadas traslacional­

mente. La

explicaci6n

fisica de este

comportamiento

puede

deducirse si se tiene

en cuenta que las frecuencias naturales de las tres formas modales del sistema,

ecuaciones

(18)

y

(19),

tienden a

igualarse

cuando la excentricidad estatica

tiende acero, 10 que indica que existe un

problema

de resonancia entre los

modos n atur alest'", que, teniendo en cuenta el

comportamiento

de filtro de

banda angosta de las e stru ctu r as

lineales,

va a estar

siempre

presente cuando la

solicitaci6n

corresponda

a un sismo real que tiene un gran contenido de fre­ c u e n c ias.

Los

c6digos

de

disefio,

en el m etodo e statico de an

alisis,

no toman en

cuenta el fen6meno sefialado en el parrafo anterior; solo consideran un factor

de

amplificaci6n

dinamico del momenta de torsion y una excentricidad estatica

accidental adicional 3, ", 11

• De 10

que se deduce que edificios con dos

ejes

de

simetria, es decir, e xc entric id ades estaticas practicame nre

nulas,

quedan subdimen­

sionados al calcularlos em

pleando

las

disposiciones

de la norma chilena vi­

gente 11. Para eliminar las causas de este

problema

se debe evitar que un edificio

que presenta excentricidades

pequefias

tenga una estru cturacion tal que se

alcance una relaci6n de

rigideces

cercana a la crit ica. Otra via de solu cion para este

tipo

de ed ificios, que

requiere

mas inve

srigacic

n, es la realizacion de un

(14)

14 REVISTA DEL IDIEM vol. 22, nO I, mayo 1983

de la estructura, con 10 que se obtendria la respuesta d inarnica maxima del

sistema en cada modo. Si los esfuerzos que se deterrn inaran en un analisis como el indicado resultaran muy

elevados,

podria

ser mas ec o n o mico modifi­ car la estructuraci6n y

alejarse

de la relaci6n critica de

rigideces.

RECONOCIMIENTO

Este

trabajo

forma parte de la Tesis de

Magister

en

Ingenieria

Sismica de la

autora,

invesrigac

ion que esta siendo financiada por el proyecto

Riesgo

y

Destructividad Sismica

(I

1534-8212)

del

Departamento

de Desarrollo de la

Investigaci6n

de la Universidad de Chile.

AGRADECIMIENTOS

La autora

agradece

las valiosas

sugerencias

del

profesor

Sr. Rodolfo

Saragoni

H.

y los comentarios del

profesor

Sr.

Joaquin

Monge

E.

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TORSIONAL COUPLING IN SYMMETRICAL BUILDINGS

SUMMARY

The

dynamic

torsional behaviour

of

structures has been

extensively

studied.

approaches

have been used but no

general

theoretical conclusions have

becm

Different

(16)

16 REVISTA DEL IDIEM vol. 22. nO 1. mayo 1983

specially

in the case

of symmetrical buildings.

In this paper, an

analytical study of

the structural

dynamic

response

considering

simple

models

of

both the structure and the

ground

motion, is

performed.

The

parameters

controlling

the

phenomenon

are

identified.

Among them,

the

ground

motion

direction,

the

frequency

content and the structural characteristics.

It is concluded that when the torsional and traslational

stiffness

in

symmetrical

buildings

keep

a

special

relation,

lateral and torsional motions are

strongly-coupled.

On

the basis

of

these

results,

some aspects

of

the Chilean

Earthquake

Resistant

Desing

Code

are

Referencias

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