Métodos dinámicos de análisis sísmico

Abstract

Los métodos de diseño sísmico resistente pueden dividirse en tres tipos: el método normalizado, el método del coeficiente sísmico y el método de diseño dinámico. El método normalizado se adopta para tipos de estructuras normalizadas donde sus elementos se estructuran y dimensionan en base a experiencias pasadas de construcciones que han resistido satisfactoriamente fuerzas debido a sismos. Ordinariamente las edificaciones de madera son construidos empleando este método. Consiste en arreglar los elementos antisísmicos, tales como las paredes y refuerzos diagonales, de manera balancea da y utilizando elementos de metal en los nudos. El método del coeficiente sísmico consiste en reducir las fuerzas dinámicas que actúan en las estructuras durante un sismo a cargas estéticas horizontales y en diseñar dichas estructuras para resistir estas cargas. Este método ha sido usado en el diseño de edificios grandes de madera, en edificios de mediana y baja altura de concreto armado, de acero y compuestos de acero y concreto. La actitud hacia este método esté cambiando actualmente debido al considerable daño sísmico sufrido por edificios de concreto armado en los recientes sismos. Este meto do no toma en cuenta la altura y flexibilidad de la estructura, la excitación y la respuesta tienen el mismo valor; estructura, (que podría ser transformador), no da ningún efecto en la respuesta. El método dinámico estima el tipo de ondas sísmicas que se espera se produzcan en la base del edificio y determina la resistencia sísmica calculando la respuesta a la vibración de la edificación. Este método es empleado para estructuras de edificios muy altos y de especial importancia. El diseño de resistencia a sismos ha mostrado una transición de métodos empíricos a métodos de coeficiente sísmico y métodos de diseño dinámico, tomando en cuenta gradualmente, el comportamiento de las edificaciones durante los sismos. La respuesta de una estructura a un movimiento sísmico puede ser escrita: R = Función (M, d, S, E) donde: M: Magnitud (Tamaño) y mecanismo del origen del sismo D: distancia y condiciones del medio de propagación de las ondas S: condiciones del suelo, E: características de la estructura. Los factores "M" y “d” pertenecen al campo de la sismología. El foco de un sismo que da efectos severos a una ciudad está generalmente dlstrlbuido dentro de una cierta área o sobre un cierto círculo sísmico, y el tamaño (magnitud) del sismo puede ser predicha, no exactamente, pero si en forma aproximada por la comparación de la energía acumulada y la resistencia de los mantos de materiales. SI la Intensidad de un sismo puede predecirse, esto puede ser útil en la solución de problemas de Ingeniería. En 1931 y a través de 1932 el Profesor Suehiro, director del "Instituto de Investigación Antisísmica" fue Invitado a los Estados Unidos de Norte América y dictó conferencias sobre "Progreso de la Sismología en el Japón”, "Ingeniería Antisísmica" y "Vibración de estructuras debido a movimientos sísmicos". En estas conferencias demandó Va necesidad de Instalar "Acelerógrafos para movimientos fuertes" con el fin de contar con registros sísmicos para su posterior estudio y discutió la vibración de estructuras considerando el período predominante del suelo. Inmediatamente Estados Unidos estableció en'1932 un proyecto para obtener registros de sismos fuertes, y obtuvieron en el sismo de Long Beach de marzo de 1933 un registro de aceleraciones con un valor máximo de 0.23 g. A partir de 1933, Estados Unidos tomó la Iniciativa en - el estudio de Va respuesta dinámica de edificaciones sometidas a movimientos sísmicos. El concepto de "Respuesta Espectral", (Ploteo de respuesta máxima para un factor de amortiguamiento dado y un espectro de frecuencia), fue primeramente introducido por Benioff (1934) y refinado por Biot (1941). El Profesor Housner (1953) y el Profesor Hudson (1956) desarrollaron el método dinámico de Diseño Antisísmico de edificaciones y de estructuras especiales tales como tanques elevados de agua. Mientras los ingenieros japoneses se dedicaron al estudio y desarrollo de métodos de análisis para edificaciones sometidas a cargas estáticas laterales, así el Dr. Muto extendió el método del Profesor Naito desarrollando el método de los valores "D" (factor de distribución para las fuerzas cortantes de entrepisos). Al mismo tiempo la observación de las vibraciones producidas por explosiones y por ensayos en mesas vibradoras han producido muchos datos de interés. Cuando el método de diseño utilizando respuesta espectral no es suficiente debe utilizarse la técnica del método dinámico "Tiempo*Historia". Considerando la importancia de la "Respuesta Espectral", debe obtenerse de él una cantidad máxima de información. Recientemente se han hecho estudios de la respuesta espectral como u¬na función del' tiempo. (Pérez, 1973; Trifunac, 1971; Hays y otros, 1973; Blume y asociados, 1973). Actualmente se emplean dos procedimientos para el diseño de estructuras resistentes a sismos, particularmente relacionados con la determinación de las cargas sísmicas: |) La aproximación cuasi estática. Este método que ha sido adoptado por la mayoría de los códigos de edificaciones, usa una serie de fuerzas estéticas aplicadas horizontalmente para simular el efecto de las cargas sísmicas. la distribución de la fuerza cortante de diseño a través de la estructura es similar a la de cortes máximos obtenidos mediante un análisis dinámico. Sin embargo, sus magnitudes son elegidos arbitrariamente, los valores escogidos han sido influenciados grandemente por el buen juicio y la experiencia. Las fuerzas de diseño especificadas por la mayoría de los códigos son generalmente más pequeñas que los correspondientes valores máximos que se obtendrán por un análisis dinámico elástico. Las estructuras diseñadas para tales fuerzas tendrán, generalmente, algunos miembros desarrollando esfuerzos de fluencia bajo condiciones sísmicas severas.