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¿Qué es la frecuencia de una construcción y cómo influye en el cálculo de la carga de
viento?
La frecuencia natural fundamental (F) es la cantidad de oscilaciones por segundo que puede realizar una estructura. Se expresa en Hz.
Influye porque permite clasificar al edificio como:
● Rígido: F ≥ 1 Hz ● Flexible: F < 1 Hz
Los edificios flexibles amplifican los efectos dinámicos del viento y requieren utilizar el factor de ráfaga Gf , mientras que los rígidos utilizan G = 0,.
Definir y graficar el cálculo del momento volcador total
Es el momento producido por las cargas de viento respecto al plano de fundación.
Donde:
● Pi = carga de viento en cada nivel ● hi = distancia al plano de fundación
Es la suma de todos los momentos parciales generados por el viento.
Gráfico:
VIENTO → ┌─────────────┐ │ │ │ │ │ │ │ │ └─────────────┘ ================= Fundación
↺ Mv
Definir y graficar el momento estabilizador
Es el momento generado por el peso propio del edificio que se opone al volcamiento.
Donde:
● Gt = peso propio ● d = brazo respecto al punto de volcamiento
VIENTO → ┌─────────────┐ │ │ │ ↓Gt │ │ │ └─────────────┘ =================
↺ Mv ↻ Me
¿Cómo se verifica la tensión admisible del terreno?
Debe cumplirse:
Siendo:
donde:
● σg = tensión por peso propio ● σv = tensión por volcamiento
Si la tensión resultante es menor que la admisible del suelo, verifica.
Graficar el mecanismo de acción del momento volcador y estabilizador
El viento intenta volcar la construcción generando Mv.
El peso propio genera Me en sentido contrario.
La estabilidad se logra cuando:
¿Qué es el factor topográfico Kzt?
Considera la aceleración del viento provocada por:
● Colinas ● Lomas ● Escarpas
En terreno plano:
Kzt=
¿Qué es la esbeltez y cómo se calcula?
Es la relación entre altura y dimensión en planta.
Si la relación es elevada, el edificio resulta más sensible al viento.
¿Qué es la rigidez y cómo se calcula?
Es la capacidad de una estructura para limitar deformaciones.
En el ejemplo:
● Los entrepisos se consideran diafragmas infinitamente rígidos.
La rigidez depende del sistema resistente (tabiques, núcleos, pórticos, etc.).
¿Qué es la velocidad básica del viento V?
Es la velocidad de referencia obtenida del mapa CIRSOC.
Está medida:
● a 10 m de altura ● exposición C ● ráfaga de 3 segundos
Ejemplo Córdoba:
¿De qué depende Cp?
Depende de:
● forma del edificio ● relación L/B ● cubierta ● posición de la superficie
Puede ser:
● positivo (presión) ● negativo (succión)
¿Dónde se produce el máximo momento volcador?
En la base del edificio, a nivel de fundación.
Porque allí se acumulan los momentos de todas las cargas de viento de los niveles superiores.
¿Cómo se obtiene Kz y de qué depende?
Se obtiene de las tablas del CIRSOC.
Depende de:
● altura sobre el terreno (z) ● categoría de exposición
A mayor altura:
Kz↑
¿Cuál verificación es correcta?
La correcta es:
Depende de:
● V ● Kd ● I ● Kzt ● Kz
Y luego se combina con:
● G o Gf ● Cp ● GCpi
¿Qué efectos produce el viento?
Produce:
● corte horizontal ● momento volcador ● deformaciones laterales ● vibraciones ● oscilaciones ● aumento de tensiones en fundaciones
Se verifican:
● esbeltez ● rigidez ● volcamiento ● tensiones admisibles
¿Cómo influyen las características formales, destino y entorno?
Forma
Determina Cp y la distribución de presiones.
Destino
Determina el factor de importancia I.
Entorno
Determina la categoría de exposición y Kz.
¿Dónde se producen los máximos esfuerzos de corte y Mv?
Corte máximo
Se produce en la base del edificio porque acumula todas las cargas horizontales.
Momento volcador máximo
También en la fundación.
Con edificios adyacentes
Pueden aparecer:
● canalizaciones ● turbulencias ● golpeteo de estela
que aumentan las acciones del viento y pueden requerir estudios en túnel de viento.
Cargas de viento en las distintas caras del edificio
La acción del viento se considera sobre la fachada de barlovento como presión positiva , mientras que en sotavento y en las caras laterales predominan succiones o presiones negativas. En el cálculo, las cargas que actúan sobre caras opuestas de una misma superficie se combinan por suma algebraica de presiones , y se toma el caso más desfavorable. El viento se modela horizontal y perpendicular a la fachada, porque ahí es donde genera la acción máxima.
VIENTO → [ barlovento + ] [ sotavento - ] [ laterales - ] [ laterales - ]
Presiones internas de viento y relación con las externas
Las presiones internas se combinan algebraicamente con las externas para obtener la presión neta. En edificios cerrados, el reglamento adopta GCpi = ±0,18 ; en edificios parcialmente cerrados, GCpi = ±0,55. Por eso deben estudiarse dos casos: uno con presión interna positiva y otro con presión interna negativa, porque el más crítico depende de la cara y del signo de la presión exterior.
p neta = p exterior − p interior Caso 1: +GCpi Caso 2: -GCpi
Cálculo de Me en un edificio frente al viento
El momento estabilizador se calcula con el peso propio del edificio descargado, tomado como caso más desfavorable:
SISMO
¿Qué es un sismo, qué tipo de movimientos se generan en el suelo y qué efectos se
producen en las construcciones?
Un sismo es un fenómeno geológico originado por la liberación brusca de energía acumulada en la corteza terrestre, generalmente debido a fallas, rupturas o desplazamientos tectónicos. Esta energía se propaga mediante ondas sísmicas que producen movimientos vibratorios del suelo.
Movimientos que se generan en el suelo:
● Verticales (ascenso y descenso alternado del terreno). ● Horizontales (desplazamientos laterales en uno y otro sentido). ● Ambos movimientos son oscilatorios y se caracterizan por amplitud, período y frecuencia.
Efectos en las construcciones:
● Generan fuerzas de inercia debido a la masa del edificio. ● Las oscilaciones verticales producen esfuerzos de compresión y tracción, generalmente poco peligrosos. ● Las oscilaciones horizontales generan esfuerzos de corte, flexión y volcamiento, siendo las más peligrosas. ● Pueden provocar deformaciones, torsiones, fisuras, daños estructurales e incluso el colapso de la construcción.
¿Cómo se calcula y dónde se produce el mayor esfuerzo de corte en un edificio ante
carga sísmica?
El esfuerzo de corte en la base se calcula mediante:
Donde:
● Vo = esfuerzo de corte en la base. ● C = coeficiente sísmico de diseño. ● W = carga gravitatoria total del edificio.
El mayor esfuerzo de corte se produce en la base del edificio, porque allí se acumulan las fuerzas sísmicas provenientes de todos los pisos superiores. A medida que se desciende en altura, el corte aumenta hasta alcanzar su valor máximo en la fundación.
¿En un sismo, el esfuerzo de corte se da solo en la base? Explicar y graficar.
No.
El esfuerzo de corte aparece en todos los niveles del edificio, porque cada piso recibe una fuerza sísmica horizontal (Fk). Sin embargo, el valor del corte aumenta hacia abajo porque cada nivel debe soportar las fuerzas de los pisos superiores.
Por eso:
● Corte mínimo → último piso. ● Corte máximo → base.
La suma de todas las fuerzas laterales de los pisos genera el esfuerzo de corte máximo en la base.
Definir y graficar el cálculo del momento volcador total para la acción del sismo.
El momento volcador (Mv o Mf) es el efecto que tiende a hacer girar o volcar la estructura debido a las fuerzas sísmicas horizontales.
Se calcula mediante:
Donde:
● Fk = fuerza sísmica en cada nivel. ● hk = distancia de esa fuerza al plano de fundación.
Cuanto mayor sea la altura donde actúa la fuerza, mayor será el momento volcador.
Para calcular la carga de sismo, ¿hay que tener en cuenta el destino del edificio?
Explicar.
Sí.
El reglamento clasifica las construcciones según su importancia y consecuencias de una posible falla:
● Grupo Ao: hospitales, bomberos, centrales de energía, etc. ● Grupo A: estadios, templos, bancos, grandes hoteles. ● Grupo B: viviendas y edificios comunes. ● Grupo C: construcciones de poca importancia.
Esta clasificación determina el factor de riesgo (γd) que interviene en el coeficiente sísmico de diseño.
Valores:
● Grupo Ao → γd = 1, ● Grupo A → γd = 1, ● Grupo B → γd = 1,
Por lo tanto, el destino del edificio influye directamente en la magnitud de la acción sísmica de diseño.
¿Qué es el factor de simultaneidad y para qué se utiliza?
El factor de simultaneidad (η) representa la fracción de la sobrecarga de servicio que se considera presente durante un sismo.
Se utiliza para calcular la carga gravitatoria operante en cada nivel:
Donde:
● Gk = carga permanente. ● Lk = sobrecarga de servicio. ● η = factor de simultaneidad.
Se basa en criterios probabilísticos, ya que es poco probable que toda la sobrecarga prevista esté presente exactamente durante el terremoto.
¿Qué es el coeficiente R y qué indica?
El coeficiente R es el factor de reducción por disipación de energía.
Indica la capacidad que tiene la estructura para absorber y disipar la energía sísmica mediante deformaciones anelásticas (plásticas), reduciendo así las fuerzas sísmicas de diseño.
A mayor ductilidad y capacidad de disipación:
● Mayor valor de R. ● Menor fuerza sísmica de diseño.
Forma parte de la expresión:
¿A qué se denomina densidad de muros y cómo interviene en el cálculo de sismo?
La densidad de muros (d) es la relación entre:
Se consideran únicamente los muros que continúan en toda la altura del edificio y están vinculados rígidamente a la estructura.
La densidad de muros interviene en el cálculo del período fundamental de vibración (T ₀ ).
Cuantos más muros resistentes tenga una estructura:
● Mayor rigidez. ● Menor período de vibración. ● Mejor comportamiento frente a acciones sísmicas.
¿Qué parámetros se toman en cuenta para calcular el coeficiente sísmico de diseño
“C”?
El coeficiente sísmico de diseño se calcula mediante:
Para determinarlo se consideran:
- Período fundamental de la construcción (T).
- Sismicidad de la región.
- Tipo de suelo de fundación.
- Destino de la construcción (γd).
- Características estructurales y capacidad de disipación de energía (R).
Donde:
● Sa depende del período, la zona sísmica y el tipo de suelo. ● γd depende del grupo de importancia del edificio. ● R depende de la ductilidad y del sistema estructural.
a) Traslación
Se produce cuando los centros de masa y rigidez coinciden aproximadamente.
El edificio se desplaza horizontalmente como un conjunto.
b) Torsión
Se produce cuando no coinciden el centro de masas y el centro de rigidez.
Además del desplazamiento horizontal aparece un giro del edificio alrededor de un eje vertical. Este efecto puede resultar muy peligroso porque genera mayores esfuerzos en algunos elementos estructurales.
c) Corte
Tiende a desplazar una parte del edificio respecto de otra. Es una de las principales causas de colapso estructural.
d) Volcamiento
Tiende a hacer girar el edificio alrededor de su base.
¿De qué factores depende el valor del esfuerzo de corte, cuáles son los coeficientes
con los que se lo calcula y cómo influye el peso del edificio?
El esfuerzo de corte en la base se calcula mediante:
Donde:
● Vo = esfuerzo de corte en la base. ● C = coeficiente sísmico de diseño. ● W = carga gravitatoria total del edificio.
El coeficiente sísmico de diseño se obtiene mediante:
Siendo:
● Sa = pseudoaceleración sísmica. ● γd = factor de riesgo según el destino del edificio. ● R = factor de reducción por disipación de energía.
Influencia del peso:
Cuanto mayor sea el peso o masa del edificio, mayor será la fuerza de inercia desarrollada durante el sismo y, por lo tanto, mayor será el esfuerzo de corte. Por eso las estructuras livianas suelen tener mejor comportamiento sísmico.
¿Cuáles son las 4 verificaciones de conjunto a realizar para un edificio en altura y
cuáles son las correcciones a hacer si las mismas no verifican?
Las verificaciones globales que deben realizarse son:
- Verificación del período fundamental de vibración (T ₀ ).
- Verificación del esfuerzo de corte basal (Vo).
- Verificación de la distribución de fuerzas sísmicas en altura (Fk).
- Verificación al volcamiento:
Si no verifican, pueden realizarse correcciones como:
● Aumentar la rigidez estructural. ● Incorporar tabiques sismorresistentes. ● Mejorar la distribución de masas y rigideces. ● Reducir el peso total del edificio. ● Incrementar la base de apoyo. ● Eliminar irregularidades en planta o altura.
Explicar los efectos que se producen en una construcción debido a la acción sísmica y qué verificaciones se deben realizar. Graficar.
Efectos producidos por el sismo:
Oscilaciones verticales
Generan:
● Compresión. ● Tracción.
Generalmente no son las más peligrosas.
Oscilaciones horizontales
Generan:
● Corte. ● Flexión. ● Torsión. ● Volcamiento.
Son las acciones más críticas para el diseño estructural.
Debe utilizarse cuando no se cumplen las condiciones anteriores, especialmente cuando:
Influencia de la zona sísmica y el suelo:
Ambos determinan el valor de la pseudoaceleración ( Sa ), que interviene directamente en el coeficiente sísmico de diseño.
● Mayor peligrosidad sísmica → mayor Sa. ● Suelos blandos → mayor amplificación de las vibraciones. ● Suelos rígidos → menor amplificación.
Explicar qué es un sismo y cómo se clasifican, qué movimientos se generan y qué efectos producen en las construcciones. Graficar.
Un sismo es la vibración de la corteza terrestre producida por una liberación repentina de energía acumulada en el interior de la Tierra.
Clasificación según intensidad:
● Leves. ● Moderados. ● Severos o destructivos.
Movimientos generados:
● Verticales. ● Horizontales. ● Combinados.
Efectos en las construcciones:
● Fuerzas de inercia. ● Esfuerzos de corte. ● Flexión. ● Torsión. ● Volcamiento. ● Deformaciones permanentes. ● Colapso estructural.
¿Dónde se produce el mayor esfuerzo de corte en un edificio ante acción sísmica? ¿De qué factores depende dicho valor y cómo se calcula? Explicar y graficar.
El mayor esfuerzo de corte se produce en la base de la construcción , porque allí se acumulan las fuerzas sísmicas provenientes de todos los niveles superiores.
Se calcula mediante:
Donde:
● Vo = esfuerzo de corte basal. ● C = coeficiente sísmico de diseño. ● W = carga gravitatoria total.
Depende de:
● Zona sísmica. ● Tipo de suelo. ● Destino del edificio. ● Ductilidad estructural. ● Peso total del edificio.
El corte aumenta hacia la fundación.
¿Qué tipo de oscilaciones generan los fenómenos sísmicos? Explicar y graficar los efectos que producen en cada una de ellas.
