antisismica dinamica-estructural-ing salinas
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1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA CIVILFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
IngenierIngenieríía Antisa Antisíísmicasmica
IntroducciIntroduccióón a lan a laDinDináámica Estructuralmica Estructural
Ing. Rafael Salinas BasualdoIng. Rafael Salinas Basualdo
DINAMICA ESTRUCTURALDINAMICA ESTRUCTURAL
EstudioEstudio de de laslas caractercaracteríísticassticas y y comportamientocomportamiento de de laslas estructurasestructuras debidodebido a a cargascargas dindináámicasmicas ((varvarííanan en el en el tiempotiempo).).-- SismosSismos-- VientoViento-- CimentaciCimentacióónn de de mmááquinasquinas-- VibracionesVibraciones-- PropagaciPropagacióónn de de ondasondas-- EnsayosEnsayos no no destructivosdestructivos
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2
SISTEMAS DE UN GRADO SISTEMAS DE UN GRADO DE LIBERTADDE LIBERTAD
Fuente: urban.arq.virginia.edu
DEFINICIONDEFINICIONUn Un sistemasistema de un de un gradogrado de de libertadlibertad (1 GDL) se (1 GDL) se define define comocomo aquelaquel queque solo solo eses posibleposible un un tipotipo de de movimientomovimiento, , eses decirdecir, la , la posiciposicióónn del del sistemasistema en en cualquiercualquier instanteinstante puedepuede ser ser definidadefinida porpor la de la de unauna solasola coordenadacoordenada..
K(rigidez)
M(masa)
U (desp.)
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3
RIGIDEZRIGIDEZCuandoCuando se se aplicaaplica unauna fuerzafuerza a a unauna estructuraestructura, , estaestase se desplazardesplazaráá en la en la direccidireccióónn de la de la fuerzafuerza. La . La rigidezrigidezse define se define comocomo el el cocientecociente entreentre la la fuerzafuerza aplicadaaplicaday el y el desplazamientodesplazamiento producidoproducido..SistemasSistemas rríígidosgidos tienentienen deformacionesdeformaciones pequepequeññasas((grangran rigidezrigidez), y ), y sistemassistemas flexiblesflexibles tienentienendeformacionesdeformaciones grandesgrandes ((pocapoca rigidezrigidez).).
RIGIDEZ RIGIDEZ (LINEAL(LINEAL--ELASTICO)ELASTICO)
K
U
1
P
P = K U
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4
La rigidez elástica es determinada con fórmulas de la Mecánica de Materiales:
RIGIDEZRIGIDEZ
K
U
1
PFluencia
InelásticoElástico
Carga
Descarg
a
Uy Um
Ductilidad
y
m
UU
=µ
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5
Solamente un GDL queda si el pórtico se supone como un piso(viga) rígido apoyadopor columnas con masa relativamentepequeña.
1
2 65
4
3
1
2 3
Algunas estructuras pueden ser idealizadas como sistemas de 1 GDL,como el pórtico de una crujía bajo la acción de una carga lateral:
En estática, el pórtico tiene 6 GDL activos.
Considerandodeformacionesaxiales nulas, 3 GDL desaparecen.
La masa de este sistema de 1 GDL es M, la masa del piso o techo.
1 m rigid beam
massless
M
1=u
k
1
3
12
L
EI2
6
L
EI
3
12
L
EI2
6
L
EI
La rigidez es determinada con fórmulas de la Mecánica de Materiales:
324LEIK =
Considerando la flexibilidad de la viga, la rigidez lateral será:
M
1 m rigid beam
massless
cvc
pórtico kkhEIK /
646124
3 =
++
= γγγ
+
=
lh
lh
tEkmuro34
3
v
vv LIk =
c
cc LIk =
La rigidez lateral de un muro es, considerando deflexiones por flexión y corte:
hh
ttll
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6
SistemasSistemas de de MasaMasa DiscretaDiscreta y de y de MasaMasa DistribuidaDistribuida
SistemasSistemas DiscretosDiscretos
SistemasSistemas DistribuidosDistribuidos
NNúúmeromero de de frecuenciasfrecuenciasnaturalesnaturales igualigualal al nnúúmeromero de de GDLGDL
NNúúmeromero infinitoinfinitode de frecuenciasfrecuenciasnaturalesnaturales
Forma de Forma de modomodo = vector= vector
=
31
21
11
1
φφφ
φ
Forma de Forma de modomodo = = funcifuncióónn
=
Lx x πsinA)(1φ
Las Las formasformas de de modomodo quedanquedandefinidasdefinidas con con un factor un factor multiplicativomultiplicativo..
ConvenciConvencióónn::
ConvenciConvencióónn::
111 =φ
1 =A
SISTEMAS EQUIVALENTES (SISTEMAS EQUIVALENTES (SerieSerie))
K1
U1
K2
U2
P Equilibrio P=F1=F2
Compatibilidad U=U1+U2
Constitutivas F1=K1 U1F2=K2 U2
SistemaEquivalente P=Ke U
21
111KKKe
+=
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7
SISTEMAS EQUIVALENTES (SISTEMAS EQUIVALENTES (ParaleloParalelo))
K1
U1
K2
U2
PEquilibrio P=F1+F2
Compatibilidad U=U1=U2
Constitutivas F1=K1 U1F2=K2 U2
SistemaEquivalente P=Ke U
21 KKKe +=
MODELOSMODELOS
K
M U
K MU
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8
ECUACION DE MOVIMIENTOECUACION DE MOVIMIENTO
NewtonNewton
DD’’AlembertAlembert
K M U
UMMaF &&==Σ
0=ΣF
F=Fo f(t)
DIAGRAMA DE CUERPO LIBREDIAGRAMA DE CUERPO LIBRE
KUMU U
)(tFofFKUUM ==+&&
F=Fo f(t)
..
Ecuacion diferencial de movimiento (equilibrio dinámico)
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9
VIBRACION LIBREVIBRACION LIBRE
0=+ KUUM &&
Solución de la ecuacion diferencial de movimiento
K M U
U = UG
U = UG = A sen(ωt) + B cos (ωt)Ü = - ω2 [A sen(ωt) + B cos (ωt)]
(- M ω2 + Κ ) (A sen(ωt) + B cos (ωt) ) = 0
PROPIEDADES DINAMICASPROPIEDADES DINAMICAS
MK
=ωFrecuencia circular de vibración
K M U
KMT π
ωπ 22
==Periodo natural de vibración
Tf 1
=Frecuencia natural de vibración (Hertz, Hz, 1/seg)
(seg)
(rad/seg)
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10
PROPIEDADES DINAMICASPROPIEDADES DINAMICAS
Estructura RígidaPeriodo CortoFrecuencia Alta
Estructura FlexiblePeriodo LargoFrecuencia Baja
Fuente: urban.arq.virginia.edu
VIBRACION LIBREVIBRACION LIBRE
0=+ KUUM &&
K M U
U = A sen(ωt) + B cos (ωt)MK
=ωCondiciones iniciales:
t=0, desplazamiento inicial U(0) = Uo yvelocidad inicial U(0) = Uo
. .
U = Uo/ω sen(ωt) + Uo cos (ωt).
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11
VIBRACION LIBREVIBRACION LIBRE
.
t=0, U(0) = Uo y U(0) = Uo.
t=0, U(0) = Uo y U(0) = 0.
t=0, U(0) = 0 y U(0) = Uo.
Tiempo/T
Des
pl./A
mpl
itud
Tiempo/TD
espl
./Am
plitu
d
Tiempo/T
Des
pl./A
mpl
itud
VIBRACION LIBREVIBRACION LIBREU = A sen(ωt) + B cos (ωt)
MK
=ω
U = Uo/ω sen(ωt) + Uo cos (ωt).
U = C sen(ωt+φ)
C es la amplitudφ es el ángulo de fase
2
2.
oo UUC +
=
ω
ωφ
/tan
0
.0
U
U=
Tiempo
Des
plaz
amie
nto
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12
VIBRACION FORZADAVIBRACION FORZADAK M U
F=Fo f(t)
Solución de la ecuacion diferencial de movimiento
U = UG + UP
)(tFofFKUUM ==+&&
CARGA SUBITACARGA SUBITA
UP = Fo/K FoKUUM =+&&
t
F=Fo
U = A sen(ωt) + B cos (ωt) + Fo/K
t=0, U(0) = 0, B=-Fo/K.
Si el sistema parte del reposo
t=0, U(0) = 0, A=0
U = Fo/K (1- cos (ωt) ) = Uest (1- cos (ωt) )
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13
CARGA SUBITACARGA SUBITA
U = Fo/K (1- cos (ωt) ) = Uest (1- cos (ωt) )
Respuesta a carga subita
00.5
1
1.52
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Tiempo/T
U/U
est
U = Uest FADFAD = (1- cos (ωt) ) FAD, Factor de Amplificación Dinámica
CARGA PULSOCARGA PULSO
0 < t <= td, UP = Fo/K
t
F=Fo
Tramo 1,
FAD = (1- cos (ωt) )
td
td <= t , UP = 0, vibración libreTramo 2,
Si el sistema parte del reposo
Tramo 1,U = Fo/K (1- cos (ωt) )
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14
CARGA PULSOCARGA PULSO
FAD = cos (ω(t-td)) - cos (ωt)
Tramo 2,
t= td, U(td) = Fo/K (1- cos (ωtd) ).t= td, U(td) = Fo/K (ω sen (ωtd) )
U = A2 sen(ω(t -td)) + B2cos (ω (t -td))
U = Fo/K (sen(ωtd) sen(ω(t -td)) + (1- cos(ωtd)) cos(ω(t -td)) )
U = Fo/K (cos(ω(t -td)) - cos(ωt) )
CARGA PULSOCARGA PULSORespuesta a carga pulso
-2
-1
0
1
2
3
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Tiempo/td
FAD
td/T=1/6td/T=5/4
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15
CARGA RAMPACARGA RAMPA
0 < t <= td, UP = (Fo/K)(t/td)t
F=Fo
Tramo 1,
td
td <= t , UP = Fo/KTramo 2,
t=0, U(0) = 0, B=0.
Si el sistema parte del reposo
t=0, U(0) = 0, A=-(Fo/K)(1/ωtd)
U = Fo/Ktd ( t - sen (ωt) /ω )
Tramo 1,
CARGA RAMPACARGA RAMPATramo 2,
t= td, U(td) = Fo/K (1- sen (ωtd) /ωtd ).
U = A2 sen(ω(t -td)) + B2cos (ω (t -td)) + Fo/K
U = Fo/K (sen(ω(t -td))/ωtd - sen(ωtd)/ωtd+1 )
t= td, U(td) = Fo/Ktd ( 1-cos(ωtd) )
FAD= ( t/td - sen (ωt) /ωtd )Tramo 1,
Tramo 2, FAD=sen(ω(t -td))/ωtd - sen(ωtd)/ωtd+1
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16
CARGA RAMPACARGA RAMPARespuesta a carga rampa
0
0.5
1
1.5
2
0 1 2 3 4Tiempo/td
FAD
td/T=1/4td/T=10/3
Respuesta a carga rampa
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4td/T
FAD
EXCITACION ARBITRARIAEXCITACION ARBITRARIA
τ,t
F(τ)
Cuando to=τ
Solución para duo=0 y duo<>0
τ
dτ
F(τ)
τττ
dudm
ddvmumamF 0
0)(&
&& ====
mdFud ττ )(
0 =&Velocidad inicial
.
ττωω
ττ≥− ttsen
mdF )()(
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17
EXCITACION ARBITRARIAEXCITACION ARBITRARIALa respuesta total es la suma de la respuesta a cada impulso:
∫ −=t
dtsenFm
tU0
)()(1)( ττωτω
Es la llamada Integral de Duhamel, cuya solución completa es:
∫ −++=t
dtsenFm
tUtsenwUtU
000 )()(1)cos()()( ττωτ
ωωω
&
EXCITACION SISMICAEXCITACION SISMICA
K
M Y
ÜG
UGUG, desplazamiento de la base( terreno)
ÜG, aceleración de la base( terreno)
Y, desplazamiento relativo de lamasa con respecto a la base
Ü=Ÿ+ÜG
U=Y+UG
Ÿ, aceleración relativa de lamasa con respecto a la base
U, desplazamiento absoluto
Ü, aceleración absoluta
MOVIMIENTO DE LA BASEMOVIMIENTO DE LA BASE
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18
MOVIMIENTO DE LA BASEMOVIMIENTO DE LA BASE
Y
KY
MÜ
0=+ KYUM &&
GUMKYYM &&&& −=+
GKUKUUM =+&&
)(02 tfUUYY GG
&&&&&& −=−=+ω
AmortiguamientoAmortiguamientoEl El amortiguamientoamortiguamiento estructuralestructural no no eses viscosoviscoso..El El amortiguamientoamortiguamiento se se debedebe a:a:
AmortiguamientoAmortiguamiento en en elementoselementos estructuralesestructurales y juntas.y juntas.AmortiguamientoAmortiguamiento histerhisterééticotico porpor laslas caractercaracteríísticassticas de de la la fuerzafuerza restauradorarestauradora elastoelasto--plpláásticastica..En En elementoselementos no no estructuralesestructurales..PorPor disipacidisipacióónn de de energenergííaa en el en el terrenoterreno..
Los Los mecanismosmecanismos no no estestáánn bienbien entendidosentendidos..DificultadDificultad parapara incluirloincluirlo exactamenteexactamente en en laslasecuacionesecuaciones de de movimientomovimiento..DificultadDificultad computacionalcomputacional en la en la solucisolucióónn..SusSus efectosefectos usualmenteusualmente son son aproximadosaproximadosmediantemediante un un amortiguadoramortiguador viscosoviscoso..
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19
ModelosModelos de de AmortiguamientoAmortiguamiento
MMéétodostodos fenomenolfenomenolóógicosgicos ((modelamodela loslosmecanismosmecanismos realesreales de de disipacidisipacióónn))
HistHistééresisresis ElastoElasto--PlPláásticostico..FricciFriccióónn en en laslas unionesuniones estructuralesestructurales..MicrofisurasMicrofisuras en el material.en el material.
MMéétodostodos simplificadossimplificadosIntroducciIntroduccióónn de de amortiguadoramortiguador viscosoviscoso..Se Se cuentacuenta con con unauna fraccifraccióónn del del amortiguamientoamortiguamiento crcrííticotico..
El El amortiguamientoamortiguamiento crcrííticotico marcamarca la la transicitransicióónnentreentre unauna respuestarespuesta oscilatoriaoscilatoria y y unauna respuestarespuestano no oscilatoriaoscilatoria de de unauna estructuraestructura..
AmortiguamientoAmortiguamiento CrCrííticotico
ββ = = FracciFraccióónn de de amortiguamientoamortiguamiento crcrííticotico..
ββ = 1 = 1 amortiguamientoamortiguamiento crcrííticotico..
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20
ValoresValores UsualesUsuales de de ββ
El valor real a El valor real a adoptaradoptar dependedepende del del nivelnivel de de esfuerzosesfuerzos
Nivel de esfuerzo Tipo y condiciones de la estructuraPorcentaje de
amortiguamientocrítico
Tuberías vitales 1 a 2Acero soldado, concreto pretensado,concreto armado levemente fisurado 2 a 3Concreto armado altamente agrietado
3 a 5
Esfuerzo de trabajo,no mayor de lamitad del punto defluencia,aproximadamente. Acero remachado o empernado,
estructuras de madera clavadas oempernadas
5 a 7
Tubería de servicio público 2 a 3Acero soldado, concreto pretensado conpérdida parcial del pretensado 5 a 7Concreto pretensado con pérdidacompleta del pretensado 7 a 10
Concreto armado 7 a 10Acero remachado y empernado,estructuras de madera empernadas 10 a 15
Justamente debajo oen el punto defluencia.
Estructuras de madera clavadas 15 a 20
VIBRACION AMORTIGUADAVIBRACION AMORTIGUADAK M U
Solucion de la ecuacion diferencial de movimientocon amortiguamiento viscoso
0.
=++ KUUCUM &&
C
U = e(-βωt) (A sen(ωDt) + B cos (ωDt))
MK
=ω 21 βω −= wD KMC
21
=β
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21
AMORTIGUAMIENTO VISCOSOAMORTIGUAMIENTO VISCOSOK M U
Cuando β>1, sistema sobreamortiguado, no hay vibracion
C
U = e(-βωt) (A senh(ωDt) + B cosh(ωDt))12 −= βω wD
Cuando β=1, sistema con amortiguamiento critico, no hay vibracion
U = e(-ωt) (A + B t)
AMORTIGUAMIENTO VISCOSOAMORTIGUAMIENTO VISCOSOK M U
Cuando β<1, sistema sub-amortiguado, hay vibracion
C
U = e(-βωt) (A sen(ωDt) + B cos(ωDt))
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22
DECREMENTO LOGARITMICO (DL)DECREMENTO LOGARITMICO (DL)Logaritmo neperiano de la relación entredos amplitudes (desplazamientosmáximos) sucesivas
K M U
C
Y’ e(-βωt)
Y’
TD
AiAi+1
U
t
=
+1i
i
AAlnDL
DT
)Tt(
t
Telne
elnDL DD
ωβ==
= βω
+βω−
βω−
212DL
β−
βπ=
2D
D122Tcomo
β−ω
π=
ωπ
=
βπ=<<β 2DL:1si
VIBRACIONES ARMONICASVIBRACIONES ARMONICAS
K M U
CF=Fo sen (Ωt)
)(.
tFosenKUUCUM Ω=++&&
2
22
2
2
2
2
2
41
)cos(2)(1)(
ωβ
ω
ωβ
ω
Ω+
Ω−
ΩΩ
−Ω
Ω−
=ttsen
KFotUp
Solucion de la ecuacion diferencial de movimiento
U = e(-βωt) (A sen(ωDt) + B cos (ωDt)) + Up(t)
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23
VIBRACIONES ARMONICASVIBRACIONES ARMONICAS
2
22
2
2
2
2
2
41
)cos(2)(1)(
ωβ
ω
ωβ
ω
Ω+
Ω−
ΩΩ−Ω
Ω−=
ttsen
KFotUp
Ug = e(-βωt) (A sen(ωDt) + B cos (ωDt))
Respuesta transitoria
Respuesta permanente, parte forzada
2
22
2
2
2MAX
41
1FAD
ωΩβ+
ωΩ−
=
Cuando Ω= ω, fenómeno de resonancia
Factor de Amplificación Dinámica Máxima, respuesta permanente:
RESONANCIARESONANCIA
FAD
FAD
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24
FAD FAD mmááximoximo vs. vs. relacirelacióónn de de frecuenciasfrecuencias
FAD
Ω/ωrigido flexible
RESONANCIARESONANCIA
FAD en resonancia
Am
ortig
uam
ient
ocr
itico
, β
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25
EXCITACION SISMICAEXCITACION SISMICAMOVIMIENTO DE LA BASEMOVIMIENTO DE LA BASE
K
M Y
ÜG
UG
CUG, desplazamiento de la base( terreno)
ÜG, aceleracion de la base( terreno)
Y, desplazamiento relativo de lamasa con respecto a la base
Ü=Ÿ+ÜG
U=Y+UG
Ÿ, aceleracion relativa de lamasa con respecto a la base
U, desplazamiento absoluto
Ü, aceleracion absoluta
MOVIMIENTO DE LA BASEMOVIMIENTO DE LA BASE
Y
KY
MU
0=++ KYYCUM &&&
CY.
GUMKYYCYM &&&&& −=++
GG UCKUKUUCUM &&&& +=++
)(2 02 tfUUYYY GG
&&&&&&& −=−=++ ωβω
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26
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTA)(2 0
2 tfUUYYY GG&&&&&&& −=−=++ ωβω
Si, β=0, sin amortiguamientoŸ + ω2Y = -ÜGŸ + ÜG = −ω2Y
Ü = −ω2YAceleracion absoluta es proporcional al desplazamientorelativo (por el cuadrado de la frecuencia circular)
Definiendo:Sd = max |Y| (ω,β) Espectro de desplazamientos relativos
Sa = max |Ü| (ω,β) Espectro de aceleraciones absolutas
Sa = ω2 SdSv= ω Sd Espectro de pseudovelocidades
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTA
)(2 02 tfUUYYY GG
&&&&&&& −=−=++ ωβωcon amortiguamiento
Ÿ + 2βωY + ω2Y = -ÜG
Ÿ + ÜG = −ω2Y - 2 βωYÜ = −ω2Y - 2 βωY
Sigue siendo válida esta expresión en sistemas amortiguados?
Sa = max |Ü| (ω,β) Espectro de pseudoaceleraciones absolutas
Sa = ω2 Sd
..
.
En la literatura se menciona que ya no es válida y se cambia la definición a:
Sin embargo, la expresion sigue siendo válida, ya que para valores máximos del desplazamiento la velocidad es cero, entonces no se debería cambiar la definición.
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27
Espectro de aceleraciones absolutas
0
100200
300
400
500600
700
0 0.5 1 1.5 2Periodo (seg)
Ace
lera
cion
(gal
s)
-80.0-60.0-40.0-20.0
0.020.040.060.080.0
100.0
- 5.0 10.0 15.0 20.0
-200.0
-150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
- 5.0 10.0 15.0 20.0
-600.0
-400.0
-200.0
0.0
200.0
400.0
600.0
- 5.0 10.0 15.0 20.0
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTA
T=0.2 seg
T=0.8 seg
T=1.5 seg
Sa=-592 gals
Sa=-151 gals
Sa=74 gals
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
- 5.0 10.0 15.0 20.0
Tiempo (seg)
Ace
lera
cion
(gal
s)
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTAEspectrosEspectros de de aceleracionesaceleraciones absolutasabsolutas
Espectro de Respuesta Sismo Lima Oct 66 N08E
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00Periodo (seg)
Ace
lera
cion
(g)
b=5%b=10%
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28
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTAEspectrosEspectros de de desplazamientosdesplazamientos relativosrelativos
Espectro de Respuesta Sismo Lima Oct 66 N08E
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
0.00 1.00 2.00 3.00Periodo (seg)
Des
plaz
amie
nto
Rel
ativ
o (c
m)
b=5%b=10%
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTAEspectroEspectro TripartitoTripartito
Espectro de Respuesta
0.01
0.1
1
10
100
0.01 0.1 1 10 100
Periodo (seg)
Pseu
dove
loci
dad
rela
tiva
(cm
/seg
)
Aceleracion absoluta - g Desplazamiento relativo (cm)
1.0
0.1
0.01
0.001
100.
10
1.0
0.1
0.001
β=0%
β=5%
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29
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTAEspectros, suelo firme
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00Periodo
Ace
lera
cion
(g)
Espectros, suelo flexible
0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00Periodo
Acel
erac
ion
ESPECTRO DE RESPUESTAESPECTRO DE RESPUESTA
Espectros normalizados
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00Periodo
Ace
lera
cion
(g)/A
o
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30
ESPECTRO DE DISEESPECTRO DE DISEÑÑOO
Espectro de Respuesta E030Zona3, Colegio, Suelo S2
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0 0.5 1 1.5 2
Periodo (segundos)
Ace
lera
cion
- g
- Medida de la capacidad de un material de deformarse
en estado inelástico antes de su fractura.
- A nivel de un material, se cuantifica mediante el valor
de la deformación en el punto de fractura entre la
deformación en el punto de fluencia.
- Ejemplos:
Acero con contenido bajo de carbono
Aluminio
DUCTILIDADDUCTILIDAD
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31
Lo Lo contrariocontrario de la de la ductilidadductilidad eses la la fragilidadfragilidad..
- La fragilidad es una medida de la incapacidad de un material de deformarse antes de su fractura.- Ejemplos: vidrio, acero con alto contenido de carbono, concreto simple, cerámicos
Dúctil
Frágil
Esfu
erzo
Deformación
A A nivelnivel de un de un elementoelemento estructuralestructural, , eses unaunamedidamedida del del gradogrado de de deformacideformacióónn plpláásticastica quequepuedepuede soportarsoportar antes de la antes de la fallafalla..ImportanciaImportancia::–– IndicaIndica el el gradogrado al al cualcual unauna estructuraestructura se se
deformardeformaráá plpláásticamentesticamente antes de la antes de la fallafalla..–– Los Los reglamentosreglamentos de D.S.R. de D.S.R. admitenadmiten queque laslas
estructurasestructuras incursionenincursionen en en zonaszonas de de comportamientocomportamiento inelineláásticostico durantedurante laslas cualescuales se se disipedisipe grangran parteparte de la de la energenergííaa introducidaintroducida porpor el el sismosismo..
DUCTILIDADDUCTILIDAD
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32
FACTOR DE DUCTILIDADFACTOR DE DUCTILIDAD
Desplazamiento, U
Res
iste
ncia
, R
LLíímitemite eleláásticosticoefectivoefectivo
InelásticoElástico
Uy Um
Factor de Factor de DuctilidadDuctilidad
y
m
UU
=µ
Ry PuntoPunto real real de de fluenciafluencia
CURVA CURVA REALREAL
CURVA CURVA EFECTIVAEFECTIVA
FACTOR DE DUCTILIDADFACTOR DE DUCTILIDAD
Desplazamiento, U
Res
iste
ncia
, R
Inelástico
Elástico
Uy Um
Factor de Factor de DuctilidadDuctilidad
inelásticamax
elásticamax
y
m
y
m
RR
RR
UU
−
−===µ
Un Un mméétodotodo consisteconsiste en en suponersuponer quequeel el desplazamientodesplazamiento producidoproducido porpor un un sismosismo eses esencialmenteesencialmente el el mismomismo, , yayasea sea queque la la estructuraestructura respondarespondaeleláásticastica o o inelineláásticamentesticamente
RRmm((eleláásticostico))
RRyy(no lineal)(no lineal)
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33
FACTOR DE DUCTILIDADFACTOR DE DUCTILIDAD
Desplazamiento, U
Res
iste
ncia
, R
Inelástico
Elástico
Uy Um
Factor de Factor de DuctilidadDuctilidad
y
m
y
m
RR
UU ≠=µ
OtroOtro mméétodotodo consisteconsiste en en suponersuponerqueque la la energenergííaa disipadadisipada durantedurante un un sismosismo eses esencialmenteesencialmente la la mismamisma, , yaya sea sea queque la la estructuraestructura respondarespondaeleláásticastica o o inelineláásticamentesticamente..
RRmm((eleláásticostico))
RRyy(no lineal)(no lineal)
US
( )ymyyySm UURURUR −+=21
21
12 −= µy
m
RR
Ductilidad y Demanda SDuctilidad y Demanda Síísmica en Estructurassmica en Estructuras
Estructuras dEstructuras dúúctilesctiles
Estructuras frEstructuras fráágilesgiles
-6
-4
-2
0
2
4
6
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12
Desplazamiento (mm)
Car
ga (t
n)
Es importante conocer el Es importante conocer el comportamiento de las estructuras comportamiento de las estructuras
ante cargas cante cargas cííclicas, pues es el tipo de clicas, pues es el tipo de solicitacisolicitacióón que impondrn que impondráá el sismo.el sismo.
Curva Curva HisterHisterééticatica
Las estructuras Las estructuras deben ser deben ser
capaces de capaces de desarrollar lazos desarrollar lazos de histde histééresis con resis con ááreas grandes, y reas grandes, y ser estables en ser estables en
ciclos sucesivos.ciclos sucesivos.