8- Ingenieria sismica.pdf

(1)

Ingeniería y Arquitectura

Programa de asignatura Programa de asignatura Identificación de la asignatura Identificación de la asignatura

Nombre de la asignatura:

Ingeniería SísmicaIngeniería Sísmica

Clave:

MIESMIES

rea académica:

Ingenierías y ArquitecturaIngenierías y Arquitectura

Créditos:

0404

Programa académico al que pertenece:

Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica. Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica.

Total horas:

6060

Teóricas

Prácticas

Teóricas

Prácticas

Prerrequisito:

Sismología, Sismología, Dinámica Dinámica de de estructura estructura 60 60 00

Tipo de asignatura:

ObligatoriaObligatoria

Fecha:

Docente responsable:

Eduardo Miranda, PhDEduardo Miranda, PhD

Fundamentación de la asignatura:

La Ingeniería Sismo-resistente tiene como primer objetivo entender cómo se comportan las

estructuras cuando están sometidas a un evento sísmico. Basado en un claro entendimiento

de los parámetros y condiciones que afectan una estructura, es que se puede alcanzar el

segundo objetivo Ingeniería Sismo-resistente el cual va dirigido a mitigar el riesgo al cual

están expuestas las obras civiles ante la ocurrencia de

están expuestas las obras civiles ante la ocurrencia de terremotos destructivos.

terremotos destructivos.

El primer bloque de este curso presenta un repaso de cómo se calcula la respuesta sísmica

de sistemas de un grado de libertad con comportamiento tanto elástico como inelástico. En

una segunda parte de este primer bloque se estudia la rigidez y resistencia necesaria en

sistemas de un grado de libertad para poder evitar el colapso de la estructura o bien para

controlar el daño.

El segundo bloque cubre temas relacionados con el comportamiento sísmico de estructuras

de varios grados de libertad y presenta cómo se pueden usar los análisis modales en el

tiempo (paso-a-paso) o bien análisis modales espectrales para estimar la respuesta sísmica

de edificios.

Objetivos generales:

(2)

Ingeniería y Arquitectura

Programa de asignatura

Obj. 1

Proveer al alumno de los fundamentos del diseño sismo-resistente. Si bien se

hará referencia a reglamentos de diseño sismo- resistente, el énfasis de este

curso es en la aplicación de dinámica estructural y de mecánica estructural a

la evaluación de la respuesta sísmica de estructuras y al diseño de estructuras

para lograr un comportamiento sísmico adecuado.

Obj. 2

Que el alumno entienda cómo la resistencia y rigidez de una estructura afectan

la respuesta sísmica de una estructura y cómo seleccionar estos parámetros

de diseño con la finalidad de controlar la respuesta sísmica de estructuras.

Obj. 3

La ingeniería sismo-resistente es un área multidisciplinaria que involucra

muchas disciplinas como son geología, sismología, ingeniería geotécnica,

arquitectura, ingeniería estructural, ingeniería mecánica, construcción, manejo

de riesgo, etc.

Objetivos específicos :

Obj. 1

Repasar la ecuación del movimiento de sistemas de un grado de libertad bajo

solicitaciones dinámicas, cubriendo casos en los que la solicitación dinámica

de aplica directamente a la masa así como casos en los que la solicitación

dinámica consiste en un movimiento del terreno.

Obj. 2

Entender la influencia de la rigidez, resistencia y amortiguamiento estructural

en la respuesta sísmica de estructuras y cómo seleccionar los dos primeros

parámetros para lograr un comportamiento adecuado en una estructura.

Obj. 3

Aprender a cómo estimar la resistencia lateral de edificios por medio de

análisis plástico simplificado y análisis estáticos no lineales.

Obj. 4

Aprender los aspectos fundamentales del diseño por capacidad y cómo se usa

el diseño por capacidad en el diseño sismo-resistente.

(3)

3 Contenidos básicos de la asignatura

N° Nombre y breve descripción de cada unidad o tema Prop. esp. asociado 1

Módulo 1.

1.1

Módulo 1.1. Descripción y organización del curso. a) Objetivos del diseño sismo-resistente.

b) Ecuación del movimiento de sistemas de un grado de libertad.

1.2

Módulo 1.2. Métodos numéricos de solución pasa-a-paso de ecuaciones de movimiento dinámico.

a) Sistemas lineales. b) Sistemas no lineales.

1.3

Módulo 1.3. Respuesta pico de sistemas de un grado de libertad.

a) Demanda de resistencia lateral. b) Demanda de desplazamiento lateral.

c) Efectos del periodo de vibración y amortiguamiento en la respuesta sísmica.

1.4

Módulo 1.4. Diseño de estructuras de un grado de libertad con comportamiento elástico

a) Repaso de concepto y cálculo de espectros de respuestas. b) Factores de modificación por amortiguamiento.

c) Fundamentos del espectro de respuesta.

1.5

Módulo 1.5. Estimación probabilística de las demandas sísmicas en sistemas de un grado de libertad

a) Leyes de atenuación espectral.

1.6

Módulo 1.6. Conceptos básicos del análisis probabilístico del peligro sísmico

a) Curvas de peligro sísmico. b) espectro de peligro sísmico.

(4)

1.7

Módulo 1.7. Diseño basado en fuerzas de sistemas de un grado de libertad.

a) Factor de ductilidad por desplazamiento.

b) Demanda de resistencia lateral para controlar la demanda de ductilidad.

c) Espectros elásticos e inelásticos. d) Factores de reducción de resistencia.

e) Procedimientos para estimar el factor de reducción de resistencia.

f) Factores de reducción en reglamentos de diseño sismo-resistente.

1.8

Módulo 1.8 Inestabilidad dinámica de estructuras

a) Resistencia mínima necesaria para evitar la inestabilidad dinámica.

b) Estimación de la resistencia lateral para evitar la inestabilidad dinámica.

1.9

Módulo 1.9. Diseño basado en desplazamientos de sistemas de un grado de libertad

a) Factores de modificación de desplazamientos.

b) Estimación de los factores de modificación de desplazamientos.

c) Factores de modificación de desplazamientos en reglamentos de diseño sismo-resistente.

d) Procedimiento basado en sistemas lineales equivalentes.

2 Módulo 2.

2.1

Módulo 2.1 Demandas sísmicas en sistemas de varios grados de libertad con comportamiento lineal

a) Calculo de la respuesta por medio de análisis modal en el tiempo (paso-a-paso).

b) Estimación de la respuesta pico por medio de análisis modal espectral.

2.2

Módulo 2.2 Estimación de la resistencia lateral de edificios a) Análisis plástico simplificado.

b) Análisis estático no lineal. c) Ejemplos de edificios reales.

(5)

5 2.3

Módulo 2.3 Diseño por capacidad a) Principios básicos

b) Jerarquía de modos de falla c) Columna fuerte-trabe débil.

d) Sobre resistencia en elementos y en estructuras. e) Ejemplos de aplicación.

2.4

Módulo 2.4 Aplicación del diseño por capacidad a) Cortante en trabes y columnas

b) Cortante en conexiones viga-columna. c) Cargas axiales en columnas.

d) Corte en muros estructurales de concreto/hormigón. e) Momentos de volteo y cortante en cimentaciones.

2.5

Módulo 2.5 Estructuración sísmica de edificios a) Sistema resistente a cargas laterales.

b) Defectos principales en estructuras. c) Piso flexible/débil.

d) Columna corta. e) Torsión.

2.6

Módulo 2.6 Introducción al aislamiento sísmico de estructuras

a) Respuestas sísmicas de sistemas de un grado de libertad con aislación sísmica.

b) Respuestas sísmicas de sistemas de dos grado de libertad con aislación sísmica

c) Principales tipos de aisladores sísmicos.

d) Comportamiento mecánico de aisladores sísmicos. e) Ejemplos de aplicación en edificio, puentes, y otras

estructuras.

Estrategias de enseñanza

 El curso se desarrollará mediante exposición de los conceptos fundamentales por

parte del profesor. La mayor parte del material se presentará por medio de PowerPoint. Se pondrá a disposición de los alumnos una copia de este material para aquellos que se interesen en fotocopiar este material. Si así lo desean pueden

traer su computadora portátil al salón pero se pide a los alumnos sólo utilizarla durante los ejemplos para evitar la distracción del alumno y de sus compañeros.

(6)

 Se invita a los alumnos a que obtengan sus copias antes de cada clase para que las

tengan durante la presentación de dicho material en clase.

 Se exhorta a los alumnos a que tomen sus propias notas que complementen las

diapositivas preparadas por el Profesor. Así mismo, muchos de los ejemplos se harán por medio del uso de hojas de cálculo en Excel.

 Adicionalmente a los problemas vistos en clase, se dejarán 4 tareas, dos en el

primer módulo y dos en el segundo módulo. Estas tareas tienen como objetivo afianzar los conocimientos del alumno y serán parte de la evaluación del curso.

Evaluación

Estrategia Semana o fecha Puntaje

Tareas 25%

Examen Parcial 35%

Examen Final 40%

Total 100%

Prácticas, asignaciones y/o presentaciones Título y breve descripción Distribución

de puntaje

Contenido asociado

Ejercicios 5 Cada Tema

Trabajos de investigación 10

Tema de

Investigación a Presentar

Prácticas Especiales 5 Visitas y Reportes

Ejercicios 5 Cada Tema

Bibliografía Texto:

Anil K. Chopra, Prentice Hall, Dynamics of Structures (2nd, 3rdor 4theditions). Referencias:

Ray W. Clough and J. Penzien, Dynamics of Structures (1stor 2nd, editions), McGraw Hill From Engineering Seismology to Performance Based Engineering, Bozorgnia and Bertero

editors, CRC Press - Earthquake Engineering The Seismic Design Handbook, 2ndedition.

(7)

7 T. Paulay and M.J.N. Priestley, Wiley & Sons. Seismic Design of Reinforced Concrete and

Masonry Buildings.

S. Kramer, Geotechnical Earthquake Engineering, Prentice Hall. Entre otros.

(8)

 1991

University of California at Berkeley, Earthquake Engineering Research Center, Post-Doctoral Research Engineer

 1986_– 1990

University of California at Berkeley, Earthquake Engineering Research Center, Department of Civil Engineering, Research Assistant

PROFESSIONAL ASSOCIATION

 American Society of Civil Engineers  Structural Engineering Institute, ASCE  Construction Engineering Institute, ASCE  Structural Engineers Association of California  Earthquake Engineering Research Institute  American Institute of Steel Construction  Mexican Society of Earthquake Engineering  Mexican Society of Structural Engineering  Mexican Society of Civil Engineers

PROFESSIONAL EXPERIENCE

 ERN Consulting Engineers, S.C., Director, 1996 - 1999  Alonso y Miranda, S.C., Consulting Structural

Engineers, Director of Special Projects, 1993 - 1998

 Structural Firms in California, Independent consultant

in Structural and Earthquake Engineering, 1988 - 1990

 Construcciones, Conducciones y Pavimentos, S.A. de

C.V., Grupo ICA, Mexico, Project Engineer, 1983 -1984

PROFESSIONAL SERVICE

 ATC-93 Project - Ground Motion and Building

Performance Data From The 2010 Chile Earthquake, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2011-Present

 ATC-69-2 Project - State-of-the-Art and Practice

Report on Reducing the Risks of Nonstructural Damage, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2011-Present

 ATC-58 Project - Performance-Based Seismic Design

Guidelines for new and existing buildings,

(9)

9

 ATC-62 Project_– Advanced Seismic Analysis Methods

– Resolution of Issues, Applied Technology Council,

Federal Emergency Management Agency, 2005-2008

 National Research Council, National Academies,

Scientific Review of the Proposed Risk Assessment Bulletin from the Office of Management and Budget, Committee Member, 2006-2007.

Guidelines for new and existing buildings

Nonstructural Performance Products, Shake Table Loading Protocol for Nonstructural Components, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2004-2005

Guidelines for new and existing buildings Task 2-3 Engineering Demand Parameters for Nonstructural Components, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2003-2004

 ATC-55 Project - Evaluation and Improvement of

Inelastic Seismic Analysis Procedures, Member of Working Group, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2003-2004

 Structural Engineers Association of California,

Member, Buckling restrained systems subcommittee, 2000 - 2001, Member, Building systems subcommittee, 2001 - Present

 Advanced National Seismic System, United States

Geological Survey, Member of National Steering Committee, 2001_– Present

 Strong Motion Instrumentation. Advisory Committee,

California Geological Survey, Buildings Subcommittee, 2005-Present

 Mexico City Building Code Committee, Member of the

seismic code committee, 1997-2000

 Mexican Society of Structural Engineers, Member of

the board of directors, 1994 - 1996, Technical Vice- president, 1996 - 1998