DESARROLLO DE UN SOFTWARE EN JAVA PARA EL CÁLCULO DE FUERZAS SÍSMICAS USANDO EL

MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

Carlos M. Piscal, MScFacultad de IngenieríaUniversidad de la Salle

Laura V. Araque, Estudiante ICFacultad de IngenieríaUniversidad de la Salle

Fabian Lamus, MScFacultad de IngenieríaUniversidad de la Salle

Wilson Rodriguez, MScFacultad de IngenieríaUniversidad de la Salle

OBJETIVO GENERAL

Automatizar y optimizar el proceso del cálculo de las fuerzassísmicas por medio del método de la fuerza equivalente, teniendo encuenta las consideraciones del Reglamento Colombiano deConstrucción Sismo Resistente NSR-10.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Generar los espectros de diseño para efectuar el análisis sísmico Realizar el chequeo del periodo dinámico Originar informes que pueden ser incluidos en las memorias de

cálculo

El cálculo de las fuerzas sísmicas es fundamental para el diseño de una edificación

Permite realizar el ajuste de resultados durante el análisis dinámico

Automatización de procesos repetitivos

Disminución del error humano

Incorporación del nuevo Reglamento Colombiano de Construcción SismoResistente NSR-10

Software como herramienta educativa

JUSTIFICACIÓN

1. ESTADO DEL ARTE

2.IMPLEMENTACIÓN

3. VALIDACIÓN

4. CONCLUSIONES

ETAPAS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO

ESTADO DEL ARTE

Espectro de Respuesta

Representación gráfica de la máxima respuesta (desplazamiento, velocidad o aceleración), queproduce una acción dinámica determinada en una estructura u oscilador de un grado delibertad.

Espectro de Diseño

Los espectros de diseño deben ser representativos de la sismicidad propia de cada región

ESTADO DEL ARTE

Espectro de diseño de aceleraciones, Reglamento NSR-10

ESTADO DEL ARTE

Espectro de diseño de velocidades, Reglamento NSR-10

ESTADO DEL ARTE

Espectro de diseño de desplazamientos, Reglamento NSR-10

ESTADO DEL ARTE

Espectro de seguridad limitada, Reglamento NSR-10

Sismo de Seguridad LimitadaProbabilidad del 20% de ser excedidosen un lapso de 50 años

Aa y Av por Ae

Ae = Aceleración pico efectivareducida para seguridad limitada

ESTADO DEL ARTE

Espectro de umbral de daño, Reglamento NSR-10

Sismo de Umbral de DañoProbabilidad del 80% de ser excedidosen un lapso de 50 años

Aa y Av por Ad

Ad = Coeficiente que representa laaceleración pico efectiva, para elumbral de daño.

ESTADO DEL ARTE

Microzonificación sísmica de Bogotá (Decreto 523 de 2010)

ESTADO DEL ARTE

Microzonificación sísmica de Bogotá (Decreto 523 de 2010)

ESTADO DEL ARTE

Microzonificación sísmica de Bogotá (Decreto 523 de 2010)

ESTADO DEL ARTE

Fuerza Horizontal Equivalente

ESTADO DEL ARTE

Fuerza Horizontal Equivalente

• Idealización de la estructura

• Evaluación de la masa

• Cálculo del periodo aproximado

• Cálculo de la aceleración espectral

• Determinación del cortante basal

• Definición de las fuerzas sísmicas para cada uno de los niveles de la estructura.

ESTADO DEL ARTE

Fuerza Horizontal Equivalente LIMITACIONES

ESTADO DEL ARTE

Fuerza Horizontal Equivalente LIMITACIONES

ESTADO DEL ARTE

Chequeo del periodo dinámico

El software chequea los criterios estipulados por el Reglamento NSR-10, A.4.2.3.

𝑇𝑎 = 𝐶𝑡 ℎ∝ (1)

𝐶𝑢 = 1.75 − 1.2 𝐴𝑣𝐹𝑣 𝐶𝑢 ≥ 1.2 (2)

𝑇 < 𝐶𝑢𝑇𝑎 (3)

ESTADO DEL ARTE

IMPLEMENTACIÓN FHE

Generar espectros elásticos de diseño,

Cálculo 𝑆𝑎 , 𝑆𝑑 𝑦 𝑆𝑣

Fin

Altura de la edificación

Sistema Estructural

Determinar 𝑇𝑎 Grupo de UsoDeterminar Coeficiente de

Importancia

Tipo de Suelo

Determinar 𝐹𝑎 y 𝐹𝑣

Microzonificación Sísmica

𝐹𝑎 y 𝐹𝑣

Mostrar ciudades pertenecientes al

departamento

Seleccionar Ciudad

/Municipio

Establecer 𝐴𝑎 , 𝐴𝑣 ,𝐴𝑒,𝐴𝑑

Ciudad=

Bogotá

Inicio

Seleccionar

departamento

Si

No

Alturas y masas

𝑉𝑠 , 𝐶𝑣𝑥 𝑦 𝐹𝑥

Datos:

• Departamento: Cundinamarca

• Ciudad: Bogotá

• Zona de respuesta sísmica: Lacustre 500

• Grupo de uso: I – Edificaciones indispensables

• Sistema estructural: Combinado

• Número de pisos: 4 Nivel Alturas (m) Masas (Mg)

4 11.75 108.3

3 9.0 175

2 5.95 175

1 2.89 169.89

VALIDACIÓN

PROBLEMA PLANTEADO

• El proceso de validación llevado a cabo en este trabajo permite concluir que el software denominado Espec10 V.1.0 desarrollado en este proyecto, es una excelente herramienta para el campo profesional y adicionalmente es aplicable al campo académico.

• La automatización de los procesos de análisis y diseño de estructuras permite que el Ingeniero pueda concentrarse en aspectos más relevantes como garantizar la estabilidad y resistencia de las mismas.

• Los informes producidos por el software pueden ser incluidos en las memorias de calculo.

• El software esta adaptado a las condiciones sísmicas colombianas.

• En caso de que el sistema estructural sea muros estructurales el software calcula Cw, teniendo en cuenta el reglamento NSR-10.

• El programa genera los espectros de diseño, umbral de daño y seguridad limitada para todas las edificaciones que se desean analizar.

CONCLUSIONES