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Diseno_Sismico_de_Edificios_Bazan_y_Meli

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DISENO
"SISMICO
DE
EDIFICIOS
Enrique Bazán
•
Roberto Meli
~UMUSA
NORIEGA EDITORES
MÉXICO • España • Venezuela • Colombia
Prólogo
En 1985 sali6 al mercado el Manual de diseño Sísmico de Edificios que
habíamos elaborado en años anteriores y que había sido ya publicado por el
Instituto de Ingeniería en 1981. El propósito de ese libro era presentar los ele-
mentos te6ricos básicos y los procedimientos de análisis específicos para la apli-
caci6n de los requisitos de diseño sísmico contenidos en el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal que había entrado en vigor en 1977.
Los sismos de 1985 y las consecuentes modificaciones del Reglamento del
Distrito Federal volvieron pronto obsoletas partes importantes de ese Manual e
hicieron necesaria una actualizaci6n del material. Al comenzar este proceso,
llegamos rápidamente a la decisi6n de que eran necesarios cambios radicales y,
principalmente, era conveniente reducir el énfasis en los procedimientos y en
los métodos de análisis y prestar más atenci6n a los criterios ya las bases te6ri-
caso La raz6n de lo anterior es que actualmente ha perdido importancia la ha-
bilidad para aplicar métodos refinados de análisis porque el proceso ha sido
transferido en su mayor parte a las computadoras, principalmente a través del
uso de paquetes integrados de c6mputo que realizan las etapas principales del pro-
ceso de cálculo.
Es ahora más importante el conocimiento de las bases te6ricas en que se fun-
dan los métodos y los sistemas automatizados de cálculo, para entender por qué
se especifican determinados procedimientos e interpretar adecuadamente los re-
sultados de los cálculos automáticos.
Por otra parte, se vuelve esencial contar con las bases para tomar las princi-
pales decisiones del proceso de diseño, como Sonla elecci6n de los materiales, de
los sistemas estructurales y de los modelos analíticos representativos de la estruc-
tura, los cuales serán sometidos al proceso formal de cálculo.
Al concluir la revisi6n se lleg6 a un texto que no guarda casi nada del que le
sirvi6 como punto de partida, por lo que se decidi6 presentarlo como una obra
diferente y, en particular, eliminar el término "Manual", que ya no corresponde a
su enfoque.
El contenido mantiene cierta liga con el Reglamento de Construcciones para
el Distrito Federal en lo relativo a la ilustraci6n de los conceptos y a los ejem-
plos, pero se ha vuelto más general y más conceptual. 7
8
Prólogo
El texto comienza con una introducción que pretende dar una visión de con-
junto de la problemática de los efectos sísmicos en los edificios y de la manera
de diseñar éstos para resistirlos. Los dos capítulos siguientes contienen los funda-
mentos teóricos del análisis de las estructuras y de su respuesta dinámica, así
como el planteamiento de los métodos de análisis que utilizan los paquetes de
cómputo para diseño sísmico de edificios.
El cuarto capítulo se dedica a la presentación de las principales característi-
cas de los materiales, elementos y sistemas estructurales que influyen en el com-
portamiento de los sismos.
A partir del capítulo 5 comienza la parte que se dedica a presentar las etapas
principales del diseño sísmico. En este capítulo se tratan los principios que con-
ducen a definir el sistema estructural idóneo para los edificios y para identificar
aquellos aspectos que pueden causar problemas de mal comportamiento. En los
tres capítulos siguientes se tratan sucesivamente los métodos de diseño sísmico
estático y dinámico, y los requisitos de dimensionamiento y detallado para que
las estructuras tengan el comportamiento sísmico adecuado. Finalmente, el capí-
tulo 9 se refiere al cuidado de los elementos no estructurales de los edificios,
como los acabados, instalaciones y equipo.
El texto ha sido preparado a partir de diversos escritos que los autores hemos
venido desarrollando a 10 largo de muchos años, y que han servido de base para
cursos, conferencias y artículos técnicos. En este proceso hemos contado con la
participación de un gran número de colaboradores, sobre todo estudiantes. Nos ha
resultado imposible llevar una relación de todos ellos, por 10 que preferimos dar-
les un agradecimiento general para no incurrir en inevitables omisiones.
No queremos, sin embargo, dejar de mencionar la destacada contribución de
Catherine Bazán, Gerardo Aguilar y Leonardo Flores en la preparación de figuras
en formato digital.
ENRIQUE BAZÁN
ROBERTO MELI
1. INTRODUCCIÓN A LA
SISMOLOGÍA Y A LA
INGENIERÍA SÍSMICA, 15
1.1 Sismología y peligro sísmico, 15
1.1.1 Causas y efectos de los
sismos, 15
1.1.2 Movimientos sísmicos del
terreno, 17
1.1.3 Registros sísmicos.
Acelerogramas, 21
1.1.4 Peligro sísmico, 23
1.1.5 Efectos locales y
microzonificación, 25
1.2 Efectos sísmicos en los
edificios, 29
1.2.1 Características de la acción
sísmica, 29
1.2.2 Respuesta de los edificios a la
acción sísmica, 30
1.2.3 Daños estructurales más
comunes, 33
1.3 Criterios de diseño sísmico, 37
1.3.1 Objetivos .del diseño sísmico, 37
1.3.2 Aspectos principales del diseño
sísmico, 40
1.3.3 Enfoques de diseño, 40
Contenido
1.4 Criterios de diseño sísmico del
Reglamento de Construcciones
para el Distrito Federal
(RCDF), 43
2. EDIFICIOS SUJETOS A
FUERZAS LATERALES, 47
2.1 Método de rigideces, 47
2.1.1 Conceptos básicos, 47
2.1.2 Elemento viga, 50
2.1.3 Elemento barra, 52
2.2 Marcos planos
2.2.1 Método directo de rigideces, 54
2.2.2 Método de Bowman, 60
2.2.3 Fórmulas de Wilbur, 62
2.2.4 Edificios de cortante, 65
2.3 Sistemas con muros, 67
2.3.1 Método de la columna ancha, 67
2.3.2 Método de MacLeod, 71
2.3.3 Marcos contraventeados, 73
2.3.4 Muros confinados por marcos, 73
2.3.5 Método del elemento finito, 76
2.4 Análisis tridimensional, 78
2.4.1 Edificios con pisos rígidos en
planta, 78
10
2.4.2 Ejemplo, 82
2.4.3 Edificios con sistemas resistentes
ortogonales, 84
2.5 Observaciones y comentarios, 89
2.5.1 Métodos aproximados para
marcos, 90
2.5.2 Sistema con muros y
contravientos, 92
2.5.3 Efectos no lineales, 94
2.5.4 Análisis tridimensional con
computadora, 95
3. CONCEPTOS DE DINÁMICA
ESTRUCTURAL, 99
3.1 Grados de libertad dinámicos, 99
3.2 Sistemas lineales de un grado de
libertad, 100
3.2.1 Descripción y ecuación de
equilibrio dinámico, 100
3.2.2 Vibraciones libres, 101
3.2.3 Respuesta a movimientos del
terreno, 103
3.2.4 Análisis paso a paso, método B de
Newmark, 103
3.2.5 Espectro de respuesta elástico, 107
3.3 Sistemas lineales de varios grados
de libertad sin torsión, 108
3.3.1 Ecuaciones de equilibrio
dinámico, 108
3.3.2 Vibraciones libres no
amortiguadas, 109
3.3.3 Frecuencias y modos de vibración,
110
3.3.4 Ejemplo, 111
3.4 Cálculo numérico de modos y
frecuencias de vibrar, 113
3.4.1 Método de Newmark, 113
3.4.2 Método de Holzer, 115
3.4.3 Método de iteración inversa, 117
Contenido
3.5 Respuesta a temblores de
sistemas sin torsión, 121
3.5.1 Análisis modal, 121
3.5.2 Modos ortonormales, 123
3.5.3 Estructura tratada en la sección
3.3.4, 124
3.5.4 Edificio tratado en la sección
2.4.3, 125
3.6 Análisis dinámico tridimensional,
127
3.6.1 Ecuaciones de equilibrio
dinámico, 127
3.6.2 Análisis modal, 128
3.6.3 Edificio de un piso, 129
3.6.4 Edificio tratado en la sección
2.4.3, 130
3.6.5 Análisis paso a paso, 132
3.7 Sistemas suelo-estructura, 133
3.7.1 Ecuaciones de movimiento, 134
3.7.2 Estimación aproximada de
propiedades dinámicas, 137
3.7.3 Rigideces equivalentes del suelo,
139
3.8 Análisis no lineal, 140
3.8.1 Ecuaciones de movimiento, 141
3.8.2 Solución analítica, 141
3.8.3 Análisis paso a paso, 142
3.8.4 Espectro de respuesta inelástico,
143
3.9 Comentarios y observaciones, 144
4 PROPIEDADES DE
MATERIALES Y SISTEMAS
ESTRUCTURALES, 147
4.1 Alcance, 147
4.2 Características de los edificios
que definen la respuesta a
sismos, 147
4.2.1 Conceptos generales, 141
Contenido
4.2.2 Periodo natural de vibración, 148
4.2.3 Amortiguamiento viscoso, 150
4.2.4 Comportamiento inelástico, 15.1
4.3 Características

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