DISEÑO SISMORRESISTENTE BASADO EN EL BALANCE ENERGÉTICO

 

En el estado del Arte actual sobre Diseño Sismorresistente existen diversas metodologías para abordar el estudio de las estructuras tanto desde el punto de vista del análisis como del Diseño.

Todos, unos más complicados y acertados que otros, se concentran en determinar fuerzas o desplazamientos y a partir de estos se realiza el Diseño.

Lo anterior no  nos brinda un conocimiento detallado sobre el comportamiento del fenómeno sísmico ni de la estructura.

Una nueva metodología es la basada en el Balance Energético. Aunque hace varias décadas el Dr. Bertero, Berkeley, había trabajado en el tema, recientemente el profesor Hiroshi Akiyama ha realizado varias publicaciones sobre el tópico.

La idea consiste en conocer como se desarrolla en el tiempo la entrada o “INPUT”

de energía sísmica sobre la estructura. A la vez, como la estructura absorbe y disipa energía sísmica “OUTPUT”.

Esta relación INPUT-OUTPUT se denomina intercambio energético y lo que se hace es investigar como se va distibuyendo esta energía.

En un sistema de un grado de libertad dinámico tenemos que la ecuación que describe su respuesta es:

M.d2y/dt2 +C.dy/dt +K.y = -M.d2z/dt2 

Esta ecuación  nos dice que la masa de la estructura multiplicada por su aceleración sumada al amortiguamiento multiplicado por la velocidad sumado a la constante de resortes mutiplicado por el desplazamiento sera igual y contrario a la masa de la estructura multiplicada por la aceleración que le proporcione el terreno.

En otras palabras, la fuerza generada por la masa sumada a la fuerza generada al amortiguamiento sumado a la fuerza generada por la oposición al movimiento o constante de resorte será igual y contraria a la fuerza sísmica.

En la metodología tradicional resolvemos la ecuación para hallar las máximas respuesta como lo son aceleración, velocidad y desplazamiento.

En la nueva metodología integramos en el tiempo la ecuación para conocer la forma en que se va distribuyendo la energía en el tiempo. A partir de la integración podemos reescribirla de la siguiente manera:

We+Wp+Wh = E

Esto nos dice que la energía de vibración elástica sumada a la energía consumida por el amortiguamiento sumado a la deformación plástica acumulada  es igual a la energía total suministrada a la estructura por el movimiento del suelo.

Ingeniero Civil con Master en Tecnología y Organización de la Construcción, Master en Control de la Calidad de la Producción Industrial y Master en Ingeniería Estructural Sismo-Resistente. República Dominicana

Comments (7)

  • Reply jose - 24 enero, 2012

    muy bueno el libro

  • Reply Damian M. - 24 enero, 2012

    La verdad muy interesante el artículo, me gustaría conocer un poco mas al respecto. Soy de Argentina, que tipo de diseño se utiliza en nuestras normas (INPRES-CIRSOC 103)? Que otros tipos de diseño existen? A que se tiende hoy en día? Me gusta mucho esta parte de estructuras, y aun mas en HºAº. Gracias!

  • Reply Victor Yuniork Ramirez - 24 enero, 2012

    Excelente aporte Ing. Cabrera y gracias por compartir sus conocimientos nosotros, de verdad mil gracias.

  • Reply Ing. José Cabrera - 24 enero, 2012

    Gracias por los comentarios. Casi toda la normativa mundial tiene varias clasificaciones de acuerdo a las caracteristicas, valor estrategico de la edificacion. Esas son:

    -Metodos simplificados.
    -Fuerza lateral equivalente.
    -Analisis modal espectral.
    -Analisis cronologico.
    -Diseno por Desempeno.

    Entiendo que la normativa Cirsoc contiene estos metodos.

  • Reply Konami - 24 enero, 2012

    Que interesante el aporte, me gusta este tema, en la actualidad estoy realizando mi tesis en aplicar Análisis Espectral dentro aplicado a edificios para determinar los periodos, frecuencias y formas modales, me gustaría conocer mas sobre el tema, espero me pueda ayudar. Gracias y Saludos!!

  • Reply Pablo Borges - 28 enero, 2012

    excelente reflexión con relación a la ductilidad.
    Estoy muy agradecido por esa información tan valiosa

  • Reply Jared Ulloa - 17 abril, 2014

    Excelente su aporte. Me interesaría saber mas del tema debido a que realizo mi tesis en un análisis para diseño basado en el balance energético.
    Si tiene alguno libros que podría compartir seria interesante.

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