CALCULO DINÁMICO/SÍSMICO DE ESTRUCTURAS POR MÉTODOS MATRICIALES + CD-ROM

Esta publicación “Cálculo Dinámico/Sísmico de Estructuras por métodos matriciales” se estructura en los capítulos siguientes:

Capítulo 1.-Planteamiento del problema dinámico en estructuras de vigas. Criterios para el diseño sísmico y Protección de estructuras

Capítulo 2.- Vibraciones no amortiguadas de sistemas de un grado de libertad

Capítulo 3.- Vibraciones amortiguadas de sistemas de un grado de libertad

Capítulo 4- Análisis dinámico de modelos simples a cortante

Capítulo 5 - Cálculo sísmico de edificios, conforme a la norma española NCSE02, con modelos  simples de 1 g.d.l por planta. Valores estimables en vibraciones no sísmicas

Capítulo 6 - Cálculo sísmico de edificios con modelos simples de 3 o 6 g.d.l. por planta. modelos simples para edificios

Capítulo 7-Análisis dinámico/sísmico de estructuras de vigas con propiedades elásticas e inerciales asociadas a los nudos

Capítulo 8 - Cálculo sísmico de placas y láminas por el método de los elementos finitos, con el elemento hexaédrico  isoparamétrico serendipito de 20 nodos

Apéndice 2.- Introducción al origen y causas de los terremotos

Además, este volumen incluye un CD con 1 apéndice (apéndice 1, Introducción a la notación indicial) y 1 carpeta con programas informáticos completos desarrollados en MATLAB

Carpeta 1: contiene los programas CDINySPORTSIMPLES, CDINySISMNudRigPlana, CDINySISMEMPARRILL y CDINySISMNUDRIGESPAC con las subrutinas correspondientes.

Los programas son de alta vocación pedagógica y altamente interactivos, permiten calcular todas las tipologías de estructuras de vigas con cargas estáticas y diversidad de problemas relacionados con el cálculo dinámico, incluso el análisis considerando el efecto ISE (interacción suelo-estructura) y la colocación de disipadores de energía para la protección de las estructuras. Permiten generar sin esfuerzo las características geométricas y de carga y proporcionan esfuerzos y corrimientos

Carpeta 2: contiene las Normas: NCSE02 y NCSP-07.

ÍNDICE COMPLETO DEL LIBRO:

CAPITULO 1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DINÁMICO EN
ESTRUCTURAS DE VIGAS. CRITERIOS PARA EL DISEÑO SÍSMICO Y
PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS
1.1- Complejidad del planteamiento general del problema de la vibración de vigas en
flexión …………………………………………………………………………………. 1
1.1.1-Solución de la ecuación del movimiento en vibración libre
1.1.2-Frecuencias y modos normales para la viga simplemente apoyada en vibración
libre
1.1.3- Matriz de rigidez dinámica, expresiones lineal y no lineal, de viga de pórtico
plano. Análisis de pórtico plano de nudos rígidos en vibración libre
1.2.- El diseño y la acción sísmica……………………………………………………. 17
1.2.1.- Respuesta a la acción del sismo de los sistemas estructurales
1.2.2.-Disposiciones constructivas
1.3-Modelos discretos para cálculo dinámico de estructuras de vigas ……………. 25
1.4- Protección de estructuras ……………………………………………………. 35
CAPITULO 2.- VIBRACIONES NO AMORTIGUADAS DE SISTEMAS DE UN
GRADO DE LIBERTAD (7 ejercicios resueltos)
2.1- Vibración libre de sistemas de un grado de libertad (s.1.g.d.l) ….......………… 43
2.2- Vibraciones forzadas sin amortiguamiento (s.1.g.d.l.) ……..………………….. 51
2.2.1-Vibración forzada sin amortiguamiento debida a fuerza exterior (s.1.g.d.l.)
2.2.2- Vibración forzada sin amortiguamiento debida a fuerza exterior constante (s.1.g.d.l.)
2.2.3- Algunos casos de vibración forzada sin amortiguamiento debida a fuerza
exterior no periódica aplicada en un tiempo finito (s.1.g.d.l.)
2.2.3.a).- Planteamiento de algunos casos sencillos
2.2.3.b).- Diagrama de respuesta espectral en vibraciones no amortiguadas de
sistemas de 1 g.d.l
2.2.4- Vibración forzada sin amortiguamiento debida a movimiento alternativo o
excitación del cimiento del soporte (s.1.g.d.l.)
CAPITULO 3.- VIBRACIONES AMORTIGUADAS DE SISTEMAS DE UN GRADO
DE LIBERTAD (8 ejercicios resueltos)
3.1-Tipos de amortiguamiento ....................................................................................... 71
3.2- Vibración Libre con amortiguamiento viscoso en sistemas de 1 G.D.L ............. 72
3.2.1- Decremento logarítmico
3.3- Vibración libre amortiguada con amortiguamiento de Coulomb (s.1.g.d.l.) ….. 78
3.4- Vibraciones forzadas con amortiguamiento viscoso en sistemas de 1 G.D.L ….. 80
3.4.1 Vibración forzada amortiguada debida a fuerza exterior periódica (s.1.g.d.l.)
3.4.2 Vibración forzada amortiguada debida a movimiento alternativo del soporte (s.1.g.d.l.)
3.4.3 Excitaciones en sistemas amortiguados producidas por impulsos (s.1.g.d.l.)
3.4.4 Vibración forzada amortiguada en estructuras, debida a fuerza exterior
complicada aplicada en un tiempo finito (s.1.g.d.l.)
3.4.5 Vibración forzada amortiguada debida a excitación del cimiento del soporte (s.1.g.d.l.).
3.5- Determinación del coeficiente de amortiguamiento en sistemas de 1 gdl …... 108
3.5.1 Método basado en el Decremento Logarítmico
3.5.2 Método basado en el factor de amplificación dinámica
3.6- Respuesta espectral y espectro de respuesta en sistemas de 1.g.d.l. ………..... 115
3.6.1- Espectro de respuesta de la aceleración absoluta según la Norma de
Construcción Sismorresistente NCSE02
3.6.2- Cálculo de desplazamiento máximo y velocidad máxima
3.6.3- Generalidades sobre la Ductilidad
CAPITULO 4- ANÁLISIS DINÁMICO DE MODELOS SIMPLES A CORTANTE (17 ejercicios resueltos y 1 programa de propósito general en MATLAB)
4.1- Análisis dinámico de Pórticos planos mediante modelos simples a cortante de varios G.D.L…… 135
4.2.-Breve descripción del programa: CDINySPORTSIMPLES ………………... 138
4.3-Vibraciones libres no amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L ...…… 144
4.3.1- Planteamiento vectorial del problema de vibración libre no amortiguada en el caso de modelos simples a cortante. Método de superposición modal
4.3.1.1 Ortogonalidad de los vectores propios en vibraciones libres no amortiguadas,
4.3.1.2 Diagonalización de las matrices simétricas de la transformación lineal en vibraciones libres no amortiguadas
4.3.2.- Solución algebraica del problema de vibración libre no amortiguada en el caso de modelos simples a cortante
4.4-Vibraciones forzadas no amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L ........ 171 de modelos simples a cortante
4.5- Evaluación de la matriz de amortiguamiento en el caso de modelos simples de varios G.D.L .. 182
4.5.1.-Datos Experimentales
4.5.2- Estimación del amortiguamiento
4.5.2.a)--Amortiguamiento de Rayleigh
4.5.2.b)--Amortiguamiento de Caughey
4.5.2.c)-Amortiguamiento de Wilson y Penzien
4.6 Vibraciones libres amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L .…...….. 189
a).- Desacoplamiento en caso de amortiguamiento de Rayleigh
b).- Desacoplamiento en caso de amortiguamiento de Caughey
4.7- Vibraciones forzadas amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L …… 197
4.7.1- Planteamiento general del problema de vibraciones forzadas amortiguadas
4.7.2-Vibraciones forzadas amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L debidas
a movimiento alternativo del cimiento.
4.7.3-Vibraciones forzadas amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L debidas
a excitación genérica del cimiento
4.7.3.a) Solución de las vibraciones forzadas amortiguadas debidas a excitación
sísmica del cimiento del soporte con diagramas espectrales
4.7.3.b) Solución de las vibraciones forzadas amortiguadas debidas a excitación
genérica del cimiento del soporte mediante la integral de Duhamel
4.7.4 - Vibraciones forzadas amortiguadas en modelos simples de varios G.D.L,
debidas a fuerzas exteriores generales
**4.8- Acerca del uso de diagramas espectrales en estructuras reales …………...… 269
4.9- Vibraciones forzadas amortiguadas debidas a excitación sísmica del cimiento, en
modelos simples de varios G.D.L con aislamiento del terreno en la base ……............. 271
CAPITULO 5 - CÁLCULO SÍSMICO DE EDIFICIOS, CONFORME A LA NORMA
ESPAÑOLA NCSE02, CON MODELOS SIMPLES DE 1 G.D.L POR PLANTA.
VALORES ESTIMABLES EN VIBRACIONES NO SÍSMICAS (15 ejercicios resueltos)
5.1- Norma española NCSE02: Información sísmica, espectro de respuesta elástica y
procedimientos generales de cálculo ……………………………………………...... 285
5.2- Cálculo sísmico de estructuras de edificación por el método general modal de la Norma
NCSE02 con espectros de respuesta ……………………………………………… 294
5.3- Planteamiento metodológico del cálculo sísmico ajustado al método de superposición
modal simplificado de la Norma NCSE02 …………...............................................… 329
a) Vibración libre no amortiguada
b) Ortogonalidad respecto a la matriz de masa M de los modos de vibración
c) Solución del problema de vibraciones forzadas amortiguadas en modelos
simples de varios G.D.L. debidas a excitación sísmica del cimiento del soporte
5.4-Vibraciones libres no amortiguadas de modelos simples a cortante por el método de
Rayleigh………………………………………………………………………………. 347
5.5- Prescripciones de cálculo de la Norma NCSE02 y prescripciones relativas al método
simplificado …..…………………………………………………………………...….. 352
5.6- Puesta en común de los estudios teóricos realizados en la sección 5.3 y el articulado de
la norma NCSE02 relativo al cálculo por el método simplificado ….….……...…….. 364
5.7- Interacción suelo estructura (ISE) en el cálculo sísmico de pórticos modelados como
modelos simples a cortante .....................................................................………….... 365
5.8- Desplazamientos y Esfuerzos estimables en vibraciones forzadas amortiguadas no
sísmicas en edificios ................................................................................………….... 393
CAPITULO 6 - CÁLCULO SÍSMICO DE EDIFICIOS CON MODELOS SIMPLES DE 3
o 6 G.D.L. POR PLANTA. MODELOS SIMPLES PARA EDIFICIOS (3 ejercicios
resueltos)
6.1- Análisis dinámico y sísmico de edificios mediante modelo simple para edificios con
tres G.D.L. Caso de vibraciones no amortiguadas en estructuras sometidas a excitación
sísmica del cimiento …………………………………...….........………….…..……. 407
6.2- Análisis dinámico de edificios mediante modelo simple para edificios de 6 G.D.L. por
planta. Caso de vibraciones no amortiguadas ……………….………………… 421
6.3- Cálculo sísmico de edificios mediante modelo simple para edificios de 3/6 G.D.L. por
planta, por el método general modal de la Norma NCSE02 con espectros de respuesta
CAPITULO 7-ANÁLISIS DINÁMICO/SÍSMICO DE ESTRUCTURAS DE VIGAS CON
PROPIEDADES ELÁSTICAS E INERCIALES ASOCIADAS A LOS NUDOS (19
ejercicios resueltos y programas)
7.1- Introducción …………..……………………………………………………… 435
7.2-Vibraciones libres de sistemas continuos no amortiguados, de varios grados de libertad,
considerados como de un grado de libertad, por el método de Rayleigh .…...… 435
7.3- Análisis dinámico de estructuras de vigas y/o barras, porticadas y emparrillados, con
propiedades elásticas e inerciales asociadas a los nudos, por el método de la rigidez
7.3.1- Matrices de rigidez y de masa concentrada en pórticos planos.
a) Matrices de rigidez de pórticos
b) Matrices de masa concentrada de pórticos
7.3.2- Matrices de rigidez y masa de emparrillados y definición de la aceleración
del cimiento
7.3.3- Matrices de rigidez y masa de estructuras articuladas y estructuras
espaciales de nudos rígidos
7.3.4- Matrices de amortiguamiento
7.3.5.- Ecuaciones de equilibrio dinámico
7.4- Breve descripción del programa: CDINySISMNudRigPlana …..…………..… 466
7.5- Breve descripción de los programas: CDINySISMEMPARRILL y CDINySISMNUDRIGESPAC…… 474
7.6-Vibraciones libres, sin amortiguamiento, de estructuras de vigas con propiedades
elásticas e inerciales asociadas a los nudos ……………………………………..… 476
7.7-Vibraciones forzadas amortiguadas de estructuras de vigas con propiedades elásticas e
inerciales asociadas a los nudos, debidas a fuerzas exteriores generales aplicadas en un
tiempo finito …..………………………………………………………………....… 492
7.8.- Cálculo sísmico de estructuras de vigas, con propiedades elásticas e inerciales
asociadas a los nudos .…………………………………………………………..… 537
7.8.1- Cálculo sísmico de estructuras de edificación por el método general modal
de la norma NCSE02 con espectros de respuesta y modelos con propiedades
elásticas e inerciales asociadas a los nudos.
7.8.2-Aplicación del programa CDINySISMNUDRIGESPAC para el cálculo de
estructuras plana de nudos rígidos como caso particular de estructura espacial
7.8.3- Aplicación del programa CDINySISMNUDRIGESPAC al cálculo
dinámico/sísmico de casos sencillos de puentes. Breve análisis del articulado de la
Norma de Construcción sismorresistente: Puentes (NCSP07)
7.9- Introducción a la Interacción suelo estructura (ISE) y el Aislamiento del terreno en la
base, en el cálculo sísmico de estructuras planas porticadas con propiedades elásticas e
inerciales asociadas a los nudos. .…………..………………………….……..……..… 619
7.9.1-Modelo ISE en pórticos planos empotrados, sin amortiguamiento, con
cimentación por losa y vibraciones horizontales
7.9.2- Caso de Aislamiento del terreno en la base
7.10- La Interacción suelo estructura (ISE) en el cálculo dinámico de estructuras porticadas
tridimensionales cimentadas sobre losa, con propiedades elásticas e inerciales asociadas a los nudos .… 650
*7.11- Condensación estática y condensación dinámica …….…………………..… 654
*CAPÍTULO 8 - CÁLCULO SÍSMICO DE PLACAS Y LÁMINAS POR EL MÉTODO
DE LOS ELEMENTOS FINITOS, CON EL ELEMENTO HEXAÉDRICO ISOPARAMÉTRICO SERENDIPITO DE 20 NODOS
*8.1.- Introducción ………………………………………………………..………… 655
*8.1.1- Introducción a la definición del elemento hexaédrico isoparamétrico de 20 nodos
*8.1.2- Acerca de la matriz de masa en el cálculo dinámico
*8.2- Análisis dinámico con el M.E.F. Formulación integral dada por el teorema de los
trabajos virtuales, con el elemento hexaédrico isoparamétrico serendipito ……..…. 658
*8.3- Matrices de masa concentrada ……………………………………………..… 662
*8.4-Vibraciones forzadas amortiguadas de estructuras laminares, debidas a excitación del
cimiento de los apoyos. Cálculo sísmico ………………………………………..…. 666
*8.5- La Interacción suelo estructura (ISE) y el Aislamiento del terreno en la base, en el
cálculo sísmico de estructuras laminares cimentadas sobre losa ….……………….... 669
*8.5.1- Caso de Aislamiento del terreno en la base
PARTE B- APÉNDICES
APENDICE 1- INTRODUCCIÓN A LA NOTACIÓN INDICIAL (incluido en CD)
A1.1- Introducción a la notación indicial ……………………………………… AP1-1
APENDICE 2.- INTRODUCCIÓN AL ORIGEN Y CAUSAS DE LOS TERREMOTOS
A2.1-Estructura interna de la tierra ……………………………………………… AP2-1
A2.2- Tectónica de placas ………………………………………………………… AP2-4
A2.2.1- Placas tectónicas en el mundo
A2.2.2- Límites de placas
A2.3-Terremotos ……………………………………………….…...……………… AP9
A2.3.1-Tipos de sismos tectónicos
A2.3.2-Localizaciones
A2.3.3-Propagación
A2.3.4-Designación y Potencia de un terremoto
A2.3.4.1-Escala sismológica de magnitud de momento
A2.3.4.2-Escala macrosísmica europea EMS-98
A2.3.4.3- Correlación aproximada entre escala de magnitud y escala de
intensidad
PARTE C- PROGRAMAS (incluidos en CD):
Carpeta 1: Programas CDINySPORTSIMPLES, CDINySISMNudRigPlana,
CDINySISMEMPARRILL y CDINySISMNUDRIGESPAC con las subrutinas
correspondientes.
Carpeta 2: Normativa.