Diseño Estructural Asísmico 2º Trimestre 2018
Estudiantes
Asistencia
- La asistencia mínima, para optar a la nota obtenida en la asignatura, es el 80% del total de clases lectivas impartidas. Es decir, los estudiantes que finalicen el curso con un porcentaje de asistencia inferior el exigido, pasan a una Comisión que se solicita a Jefatura de Docencia e[ad] para definir casos de reprobación.
- La justificación de las inasistencias debe ser conversada con el profesor, quien exigirá además la documentación pertinente y correspondiente (por ejemplo, certificados médicos).
- La lista de asistencia será actualizada periódicamente y estará disponible en el siguiente link para ser consultada: Lista de Asistencia Diseño Estructural Asísmico
Registro de Clases Lectivas
CICLO 1: Diseño Estructural
CLASE N.1 / LUNES 30 DE JULIO
Modelo de Péndulo Invertido
Péndulo Invertido Simple
La masa arriba y el empotramiento abajo. Se le llama "Simple" por tener solo una masa.
La varilla empotrada genera una reacción RAX (Horizontal) y otra RAY (Vertical); además de una última reacción al giro.
Péndulo Invertido Complejo
Tiene más de una masa.
Momento de Inercia
Centro de Gravedad de la masa en el péndulo y Centro de Gravedad dede --- hacia arriba (?) (No se entiende texto original)
Esta sección cuadrada tiene (?) (No se entiende texto original) momentos de inercia pero uno solo con respecto a un eje que pase por su centro.
Cada sección tiene distintos momentos de inercia. El modelo de péndulo invertido sirve para estudiar los efectos de un sismo. El péndulo se pone a vibrar al moverse la masa. Éste no vibrará por siempre. La distancia entre el punto de reposo y el extremo del movimiento de la masa se conoce como Amplitud (a).
T = Período propio. Tiempo en segundos que se demora en cumplir una oscilación completa. T es independiente de la amplitud y depende de:
T = 2π √(M/K)
- M = masa
- Si la masa es mayor el período será mayor
- K = Rigidez de la varilla
- Depende del largo de la sección
Rigidez: Aquella fuerza que se aplica al Centro de Gravedad de la masa del péndulo para que se desplace la unidad de longitud
- Para la efectos de la arquitectura la masa es constante
La masa considerada dependera de la materialidad. Por ejemplo, se considerará 1 ton por m2 en el caso del hormigón. No se considera para esta proporción su funcionalidad, programa ni carga ocupacional.
Δ = Deformación en Delta
CLASE N.2 / LUNES 6 DE AGOSTO
T: Período propio del Péndulo
El Período se mide en segundos y es el tiempo en cumplir una oscilación completa. Las obras de Arquitectura también tienen un período propio.
Rigidez
El bástago (varilla) es lo que otorga rigidez. La Fuerza K (Rigidez) permite mover el péndulo en una unidad de longitud (1cm , 1m, ...)
Frecuencia Natural
Es el valor inverso de T y da cuenta del número de ciclos por segundo.
fnat = 1/T
Frecuencia Circular
Este es un movimiento variable. La aceleración y velocidad cambian a cada instante.
fc = número de radiones / segundos
Amortiguamiento
El amortiguamiento se opone a la vibración en el péndulo.
- Amortiguamiento viscoso: líquido, puede ser agua, aceite o alquitrán
Péndulo con dos masas
El péndulo de n masas, tiene n^2, a diferencia del péndulo simple que tiene un solo modo de vibrar, es decir 1 T propio y 1 Rigidez.
- Un péndulo de n masas tiene n^2 rigideces
- Un péndulo de n masas tiene n modos de vibrar
- Un péndulo de n masas tiene n-1 formas modales
- Un péndulo de n masas tiene n períodos (T)
Formas nordales
Las fuerzas variables se consideran como estáticas.
La fórmula F = m * a se transforma en:
Q0 = Ps * C * K1 * K2
- C es el coeficiente que se aplica al peso
- C = a / g
- a = aceleraciones máximas
- T = período
- T0 = período particular en el que vibra el suelo
El espectro de aceleraciones relaciona a C con T. Al tener un coeficiente sísmico mayor la aceleración aumenta; si es menor la aceleración disminuye.
CLASE N.3 / LUNES 13 DE AGOSTO
Programación del Curso
El curso se estructurará en dos ciclos temáticos: Diseño Estructural, dictado por el Profesor Salvador Zahr ; y Sismología, dictado por el Profesor Jorge Carvallo. Ambos ciclos abarcarán periodos de 3 a 4 clases lectivas y tendrán sus propias evaluaciones de cierre, las cuales se promediarán para obtener la nota final de la asignatura.
Calendario
- Ciclo Diseño Estructural
- Clase 1: 30 de Julio
- Clase 2: 6 de Agosto
- Clase 3: 13 de Agosto
- Clase 3: 20 de Agosto
- Evaluación: Entrega de un Proyecto de Edificación, identificando sistema estructural, planos interceptares en el volumen virtual, peso sísmico distribuido según áreas tributarias en las bases, rasantes. Fecha de entrega: viernes 28 de septiembre
- Ciclo Sismología
- Clase 5: 27 de Agosto
- Clase 6: 3 de Septiembre
- Clase 7: 10 de Septiembre
- Evaluación: Prueba escrita sobre la materia impartida en clases. Fecha: lunes 24 de septiembre
Esfuerzo de Corte basal y en cada piso
Módulos de Estudio:
- Péndulo Invertido Simple
- Modelo complejos con más de una masa
Espectro de Respuesta y Períodos:
Cada edificación (forma proyectada) tiene un período distinto, por tanto aceleraciones diferentes.
Según el tipo de suelo T0 y el espectro de respuesta se trasladan en el Eje X (T: Período) del gráfico.
Resonancia: es cuando la edificación tiende a tener un período igual al del suelo. Al existir resonancia las amplitudes y las aceleraciones aumentan. Por lo tanto los esfuerzos se incrementan.
Esfuerzo de Corte
Esfuerzo de Corte Basal: Se conoce como Q0 al Esfuerzo de Corte en la Base. Es una función del Peso
Q0= PS * C * K1 * K2
- PS: Peso Sísmico (1 ton/m2)
- C: Coeficiente Sísmico (0,1)
- K1 y K2: Coeficientes de Premio o Castigo
Esfuerzo de Corte por piso: Permite conocer las fuerzas de inercia de cada piso y la proyección de los esfuerzos de corte por cada uno de éstos
Rigidez de planos virtuales
Cada plano virtual resistirá una parte del esfuerzo de corte. Elementos que aportan rigidez: muros de corte y marcos rígidos
- Muro de Corte
- Marcos Rígidos
Encargo
El proyecto consiste en un volumen (como campo espacial) que el estudiante debe articular y proponer como un espacio habitable. Como materialidad se reconocen dos tipos:
- Estructura gruesa: Hormigón
- Estructura liviana: Carpintería, se ésta en madera o metal, etc.
El campo espacial es una planta base de 16x16m, en tres niveles más un subterráneo. Independiente de la libertad en la distribución que cada uno desarrolle deben ser 3 pisos de viviendas (departamentos) y uno de estacionamientos.
· Mínimo de número de viviendas: 4 departamentos · Máximo de número de viviendas: 8 departamentos · Superficie mínima de unidad de vivienda: 60m2 · Altura de cada piso: 3m · 1 estacionamiento por cada 50m2 destinados a vivienda
Posibilidades de Distribución en Planta
El estudiante tiene posibilidad de re-distribuir el volumen a voluntad, mientras respete los metros cuadrados de superficie impuestos con anterioridad. Es decir no es necesario que la forma final del edificio sea un cubo de 16x16x9m. Sin embargo, se debe entender este volumen espacial como un conjunto de células estructurales, donde cada célula de 4x4m de superficie es la Unidad mínima. Estas células son cubos virtuales de 4x4m de superficie (y 3m de altura) que deben mantener su forma, no se pueden deformar en otras figuras geométricas. Para este proyecto no se contemplarán las lineas de antejardín en los frentes (la edificación se puede proyectar desde la linea de calle), y entre deslindes se permitirá un 40% de adosamiento.
Para el lunes se debe traer, en formato de doble carta, una presentación del predio elegido y su topografía, reconociendo además deslindes y frente(s) a bien(es) de uso público.
CLASE N.4 / LUNES 20 DE AGOSTO
Centro de Gravedad
Cómo ubicar el Centro de Gravedad en un plano estructural:
Rigidez
- Depende del material del vástago (varilla)
- Sección: el Momento de Inercia depende de la forma de la sección
El momento de inercia es con respecto un eje: el Eje Centroidal. Este eje es el que pasa por el centro de gravedad.
Cálculo del Momento de Inercia
I = b * (h^3) / 12
Ejemplo en un plano lleno
I = 3cm * (10cm)^3 / 12
I = 3cm * 1000cm^3 / 12
I = 3000 cm^4 / 12
I = 250cm^4
Ejemplo en plano con perforación (marco)
I = [30mm * (100mm)^3 / 12] - [10mm * (80mm)^3 /12]
I = 2.500.000mm^4 - 426.666mm^4
I = 2.073.334mm^4
Cálculo y ubicación del Centro de Rigidez
En Plano Vertical Y
- (los valor 4 y 8, etc, no son la rigidez, sino que son proporciones)
4 (8 + X) + 1,8 (X) = 8 (8 - X)
32 + 4X + 1,8X = 64 - 8X
13,8X = 32
X = 32 / 13,8
X = 2,31
En Plano Vertical X
8 (8 - X) = 3X + 1,8 (8 + X)
64 - 8X = 3X + 14,4 + 1,8X
49,6 = 12,8X
49,6 / 12,8 = X
3,87 = X
Intersección de coordenadas para ubicación
Al ubicar el Centro de Rigidez se advierte que no coincide con el Centro de Gravedad, por lo tanto esta planta es estructuralmente asimétrica. Esta excentricidad (distanciamiento entre centros) es desfavorable, por lo que debe ser lo menor posible. Sin embargo en edificaciones de menos de 10 pisos se admite cierto grado de excentricidad.
Encargo
Para el lunes 27 de agosto se debe traer, en formato de doble carta, juego de planos de arquitectura de la propuesta del edificio
Planos
- Planta de Emplazamiento (1)
- Plantas de Arquitectura por piso (4)
- Elevaciones (4)
- Cortes (2)
- C. Transversal
- C. Longitudinal
Exigencias y estándares para este proyecto
- Los planos deben estar acotados
- Se deben poder apreciar el mobiliario y las rotulaciones de los recintos correspondientes
- Estacionamientos de 250cm x 500cm
- Espesor de losa: 12cm - 15cm
- 12cm para una misma unidad de vivienda
- 15cm para división entre distintas unidades de vivienda
- Espesor de muros: 16cm - 20cm
- 16cm para una misma unidad de vivienda
- 20cm para división entre distintas unidades de vivienda
- Balcones y terrazas: máximo 240 cm
- Se recomienda 150cm para poder proyectar la loza sin elementos de soporte
- En el caso de sobrepasar dicha medida se debe generar un soporte triangular cuyo cateto vertical mide un décimo de la luz que salva (l/10)
- Profundidad de las fundaciones: Un décimo de la altura (entre la rasante contra terreno y punto más alto), es decir al considerar 4 pisos (120m de altura) la profundidad sería de 1,2m (h/10). Esta proporción es solo la profundidad y no cuenta el espesor de la zapata.
CLASE N.5 / LUNES 27 DE AGOSTO
Rasantes de Suelo
Volumen Virtual Máximo
Volumen de Trama Cúbica
Planos Interceptores
CICLO 2: Sismología
CLASE N.6 / LUNES 3 DE SEPTIEMBRE
Sismología 1
Durante esta clase se procederá a explicar cómo se producen los terremotos en Chile.
Amenaza y Riesgo
- Amenaza: es la probabilidad de que un sismo ocurra en una determinada ubicación. Considera en sus parámetros la aceleración y la velocidad. La probabilidad de ocurrencia tiene que ver con cun determinado lapso de tiempo. ¿Cuál es la probabilidad de que ocurra un evento sísmico durante la próxima hora? No es imposible, pero muy improbable. Sin embargo es muy probable que ocurra un evento sísmico, incluso más, en los próximos 50 años.
- Riesgo: Estando presente la amenza, ¿cuál es la probabilidad de que la edificación (estructuralmente) colapse. El riesgo considera la amenaza más la calidad de la estructura soportante como factores.
Probabilidad de Ocurrencia (amenaza) v/s Probabilidad de Colapso (Riesgo)
Origen y causas de los Sismos
En diferentes culturas y períodos históricos se atribuyeron diferentes teorías al origen de los movimientos sísmicos. En Grecia durante la Antigüedad Clásica se postulaba que los terremotos se producían por vapor y agua, mientras que en la Edad Media se consideraba herejía asignarles un origen natural. A principios de Siglo XVII se postula que sus causas son naturales.
Chile es el país de mayor actividad sísmica. La frecuencia de eventos en Chile es 3 veces mayor que en Japón y dentro de los 5 sismos mas grandes que se han registrado en el mundo figuran los correspondientes a 1960 y 2010. Cómo hay mayor frecuencia los sismos no son tan destructivos, a diferencia de países donde los terremotos son hechos aislados.
Placas Tectónicas
Las placas tectónicas son elementos rígidos (capas de material rocoso) que se mueven entre si. Una placa empuja a otra y se trancan entre si, cuando finalmente se destraban se produce un sismo. La Placa de Naza se mueve hacia la Placa Sudamericana (Placa Continental). El cordón de volcanes del Pacífico empuja a la Placa de Nazca, ya que los volcanes liberan materia que va ocupando espacio por tanto va empujando.
La placa se acortaría aproximadamente 7cm al año. Es una teoría ya que en la realidad nadie ha podido "ver" las placas. Sin embargo al detectar y graficar los epicentros, estos trazan los límites e intersecciones de las placas.
Según la Teoría de placas existen dos (macro) mecanismos de interacción:
- Subducción
- Transcursión
La Norma Sismo Resistente solo considera las fallas de subducción (mayor profundidad).
Intensidad y Magnitud
- Intensidad: medición de la sensación y del daño provocado por el sismo.
- Magnitud: medición de la cantidad de energía liberaba durante el sismo.
Sismología 2
Diseño Estructural
Notas y Porcentajes
El curso está compuesto por dos módulos y cada uno de éstos tendrá calificaciones que inciden con sus respectivos porcentajes en la Nota Final de Diseño de Estructural Asísmico:
- Módulo de Sismología: 35%
- Módulo de Diseño Estructural: 65%
- El Módulo de Sismología será evaluado en la prueba sobre los contenidos que imparte el Profesor Jorge Carvallo, la cual se realizará el Lunes 24 de Septiembre.
- El Módulo de Diseño Estructural se calificará según los trabajos que los grupos de estudiantes. Este módulo contará con 4 Notas:
- NOTA 1 (20%): Sitio y Propuesta Arquitectónica
- Corresponde a las Tareas 1 y 2
- NOTA 2 (35%): Volumen de Trama Cúbica y Planos Interceptores
- Corresponde a las Tareas 3 y 4. Ésta tarea era para el Lunes 10, pero se podrán entregar a más tardar el día Jueves 13 de Septiembre a las 11:30 am, para que realicen las modificaciones pertinentes.
- NOTA 3 (35%): Plantas Estructurales (Planos Horizontales Z) y Fundaciones
- Corresponde a las Tareas 5 y 6. Ambos encargos serán explicados en la clase del Lunes 10 de Septiembre, y se recibirán a más tardar el Viernes 28 de Septiembre.
- NOTA 4 (10%): Cuadernillo de Apuntes de S. Zahr
- Corresponde a la pauta de preguntas enviada por el profesor Salvador Zahr, se compartió vía mail a todo el curso. Pueden volver a consultarlas en el siguiente Link: Archivo:Pauta Cuadernillo de asismicidad 2018 SZahr.pdf
- NOTA 1 (20%): Sitio y Propuesta Arquitectónica
CLASE N.7 / LUNES 10 DE SEPTIEMBRE
Sismología 3
Planos Estructurales y Planta de Fundaciones
Entrega primera etapa de proyecto
Finalización y Evaluación de Ciclos
CLASE N.8 / LUNES 24 DE SEPTIEMBRE
Prueba de Módulo de Sismología
CLASE N.9 / VIERNES 28 DE SEPTIEMBRE
Entrega final de Módulo de Estructuras