Ingeniería y Arquitectura Programa de asignatura

Ingeniería y Arquitectura

Identificación de la asignatura

Nombre de la asignatura: Ingeniería Sísmica Clave: MIES Área académica: Ingenierías y Arquitectura Créditos: 04 Programa académico al que pertenece:

Maestría en Ingeniería Estructural y Sísmica.

Total horas: 60 Teóricas Prácticas Prerrequisito: Sismología, Dinámica de estructura 60 0 Tipo de asignatura: Obligatoria Fecha:

Docente responsable: Eduardo 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 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.

Ingeniería y Arquitectura

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

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.

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.

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.

 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, 3rd or 4th editions).

Referencias:

Ray W. Clough and J. Penzien, Dynamics of Structures (1st or 2nd, editions), McGraw Hill

From Engineering Seismology to Performance Based Engineering, Bozorgnia and Bertero editors, CRC Press - Earthquake Engineering

The Seismic Design Handbook, 2nd edition.

AISC Seismic Design Provisions, American Institute of Steel Construction.

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.

 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,

Nonstructural Performance Products, Team, Applied Technology Council, Federal Emergency Management Agency, 2008-2012

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.

 ATC-58 Project - Performance-Based Seismic Design 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

 ATC-58 Project - Performance-Based Seismic Design 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