U.A.T.F ESTUDIO DE LA INCIDENCIA DE LOS FENOMENOS SISMICOS CON LA UTILIZACION DE UN MODELO UNIDIRECCIONAL Introducción Las amenazas sísmicas que se presentan sobre todo en el Este del Perú y en la región occidente de Bolivia afectan a nuestro país, debido al constante crecimiento social tecnológico urbanístico las estructuras que se aprecian en nuestro territorio, cada vez son de mayor altura y complejas llevándonos a analizarlas desde un punto de vista dinámico. Con el propósito de analizar estructuras resistentes a los efectos dinámicos producidas por cargas sísmicas, se pretende simular el evento sísmico en estructuras con una mesa vibradora que es capaz de registrar la aceleración de los movimientos laterales, mediante un dispositivo Android, tratando de obtener una simulación real. El Presente proyecto tiene como objetivo entrenar al alumno en la solución experimental de sistemas de 1 y 2 grados de libertad a través de la construcción de una mesa vibradora unidireccional. El proyecto estará basado a través de: 1) Solución del problema dinámico de la mesa vibradora, 2) Elaboración de planos para la mesa vibradora unidireccional, 3) Construcción de la mesa vibradora unidireccional, 4) Uso de acelerómetros de teléfonos celulares (Smartphone) para la adquisición de datos de aceleración, 5) Uso de Software para el manejo de señales de aceleración, 6) Solución experimental de sistemas de 1 y 2 grados de libertad y su comparación con las soluciones teóricas. (Msc. Ing. Luis Ricardo proaño tataje, 2013) UNIV.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 1 Hacer el Uso de acelerómetros de teléfonos celulares (Smartphone) para la adquisición de datos de aceleración. UNIV.F 1. Elaborar los planos para la mesa vibradora unidireccional. Temporal: se provee que la investigación tendrá un tiempo de ejecución de alrededor de 120 días.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 2 .2. Objetivo General estudiar la incidencia que tiene los fenómenos sísmicos en las estructuras utilizando un modelo unidireccional para la obtención de datos 2. Objeto de Estudio La investigación a ser aplicada es tanto documental y experimental. Objetivos Específicos Acudir a la bibliografía referida al tema para tener una base de datos. Hacer el Uso de Software para el manejo de señales de aceleración. Objetivos de la investigación 2.A.1. Problema científico ¿Cómo estudiar la incidencia de los fenómenos sísmicos con la utilización de un modelo unidireccional? 2. Realizar la Construcción de la mesa vibradora unidireccional.T.U. Validar el modelo experimental en sistemas de un grado de libertada y realizar la comparación con las soluciones teóricas 3. Campo de acción Temático: El Área a ser estudiada será los fenómenos sísmicos haciendo uso de un modelo y la Dinámica de estructuras. Tiene como Objeto de estudio la incidencia que tiene los fenómenos sísmicos en las estructuras haciendo uso de un modelo unidireccional 4. El problema dinámico a resolver. Diseño Metodológico 7. Hipótesis El modelo utilizado para la investigación. el cual hace mover la biela de longitud L y que a su vez mueve el dispositivo unido a la mesa vibradora. a medida que el disco gira. Variable dependiente.- Obtener datos validos de estudio. La biela que conecta al disco circular y el dispositivo de la mesa vibradora está rotulado en sus extremos.. UNIV. este solo transmite al dispositivo fijado a la mesa vibradora movimientos a lo largo del eje X. estará dado por el disco que gira a una velocidad angular ω de radio r (punto donde se ancla la biela). Métodos de nivel empírico La mesa vibradora unidireccional es un dispositivo mediante el cual se puede someter a estructuras.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 3 . 7.A. tales como sistemas de un grado de libertad.1. La mesa estará compuesta por una mesa rectangular la cual es movida a movimientos armónicos no sinusoidales los cuales son inducidos a la misma por un disco circular que está unido a la mesa a través de una biela que esta rotulada en ambos extremos. Variables de la Investigación Variable independiente. a un movimiento armónico en la base.F Geográfico: el lugar donde se llevara a cabo la investigación será la ciudad de Potosí. 5. Como se puede observar.U. o pórticos planos o tridimensionales.T.Uso del modelo experimental. proporciona y dota de valores sustentables. 6. Procesamiento y análisis de datos Para la adquisición de datos de aceleraciones se ha utilizado los acelerómetros que vienen incorporados en teléfonos celulares tipo Sony.F 7. Esto dispositivos de adquisición de datos de aceleraciones se muestran muy amigables ya que podemos obtener los datos de aceleración en unidades de m/s o porcentajes de la gravedad respectivamente.2. 7.T. a medida que el disco gira. Y y Z. Métodos Teóricos 7. La viéla que conecta al disco circular y el dispositivo de la mesa vibradora está rotulado en sus extremos.2. Se podrá observar el comportamiento real de una estructura hecha a escala y comparándola con datos teóricos y experimentales.1.A. Análisis – síntesis Ver la bibliografía referida hacia el tema.2.1.3.3. para así lograr una orientación correcta para la realización de la investigación. este solo transmite al dispositivo fijado a la mesa vibradora movimientos a lo largo del eje X. Inducción – Deducción La mesa estará compuesta por una mesa cuadrada la cual es movida a movimientos armónicos no sinusoidales los cuales son inducidos a la misma por un disco circular que está unido a la mesa a través de una viéla que esta rotulada en ambos extremos. Los resultados de inspección visual son una prueba fehaciente del estado real de las estructuras estudiadas. 7.3. Los datos de aceleraciones que estos dispositivos traen tienen una precisión del orden de 5. UNIV.Las aceleraciones que estos dispositivos detectan están en las tres direcciones X.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 4 . Como se puede observar.U.98E-4 m/s2 . Métodos Matemáticos – Estadístico 7. : ARCE ERQUICIA MAURICIO 5 . porque no se realizó una investigación como esta en nuestra universidad. UNIV. velocidades y aceleraciones de la mesa vibradora en función de la velocidad angular del disco.A. A continuación se calcularán los desplazamientos. Novedad Científica La novedad que nos presenta la presente investigación es lograr tener un instrumento que nos otorgue valores. 8. Pero en universidades sobre todo de EE. pero sobre todo de la importancia de la utilización de un instrumento muy importante en nuestra época que es la mesa vibratoria. Y además hacer notar que no existe un instrumento como este en el laboratorio. el cual hace mover la viela de longitud L y que a su vez mueve el dispositivo unido a la mesa vibradora. Se realizó bastantes investigaciones sobre la mesa vibratoria que nos servirá para tener una orientación de hacia donde debemos dirigirnos.UU. 9. Significación Práctica La investigación podrá de ser una ayuda para poder hacer tener una instrumentación que nos permita obtener datos para la realización de un estudio detallado de un estructura sometida a acciones sísmicas.T. 7. Histórico – Lógico No pudiera hacer una referencia a una investigación anterior. estará dado por el disco que gira a una velocidad angular ω de radio r (punto donde se ancla la viela).U.F El problema dinámico a resolver. datos y una referencia bibliográfica la dinámica de estructuras.3.3. Marco Teórico 11.F 10. Esta herramienta consta generalmente de una plataforma móvil. Cronograma Cronograma tentativo de trabajo SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Nombre NOMBRE TRABAJO DE INVESTIGACION: ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LOS FENOMENOS SISMICOS CON LA UTILIZACION DE UN MODELO UNIDIRECCIONAL DURACION 138 REVISON BIBLIOGRAFICA 20 DIAS PEREPARACION DE MATERIALES Y EQUIPOS NECESARIO PARA LA COSNTRUCCION DEL MODELO 10 DIAS CONSTRUCCION DEL MODELO UNIDIRECCIONAL PARA LOS ENSAYOS SISMICOS 45 DIAS CALIBRACION DEL MODELO 7 DIAS PROCESAMIENTO DE DATOS Y COMPARACION CON LOS DATOS TEORICOS PROCESAMIENTO DE DATOS 7 DIAS 15 DIAS ELABORACION DE BORRADOR DE INFORME DE INVESTIGACION (TESIS) 30 DIAS PERESENTACION DEL INFORME DE TESIS 2 DIAS PREDEFENSA DE TESIS 1 DIA DEFENSA DE TESIS 1 DIA CONSULTAS CON LOS TRIBUNALES (CONSTANTE) 11. Nociones Generales Una mesa vibratoria es esencialmente una plataforma móvil que simula los movimientos de un sismo en una. uno o más actuadores y apoyos para la plataforma.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 6 .T. dos o más direcciones sobre un modelo estructural. aunque en los últimos años se han llevado acabo ensayos en escala real usando mesas vibratorias como la del E-Defense en Japón o la de la Universidad de San Diego en UNIV.1.U.A. Los ensayos en mesa vibratoria generalmente involucran modelos a escala reducida. que generalmente son rodamientos lineales. una masa de reacción. El esquema general de una mesa vibratoria se muestra en la Figura 1. etc. Los resultados que han sido analizados en este tipo de ensayos dinámicos han sido fundamentales para validar. mecánico. las mesas vibratorias se han convertido en una herramienta eficiente para estudiar los efectos de los sismos sobre las estructuras. UNIV. servo-eléctrico. medianas (entre 9 m2 y 81 m2) y grandes (mayores de 81 m2). En los últimos años. Las mesas vibratorias clasificadas según su tamaño se dividen en pequeñas (menores a 9 m2). una mesa vibratoria se puede representar por medio de un sistema dinámico amortiguado. neumático. Las mesas vibratorias actuales usan actuadores y sistemas computacionales avanzados para simulaciones de sismos reales o artificiales. ésta se clasifica como para uso educativo.A. como un conjunto ecuaciones diferenciales. entre otras.U. por medio del cual se tiene una base racional para el diseño de un control. La clasificación que reciben las mesas vibratorias es muy variada debido a que no existe una regulación al respecto.T. Los grados de libertad que puede tener una mesa vibratoria entre uno y seis grados de libertad. ubicación (en interiores o exteriores). tipo de actuador.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 7 . En general. las cuales permiten el ensayo de estructuras en escala real y simulan movimientos en 6 grados de libertad. Según la frecuencia o aceleración máxima de simulación de una mesa vibratoria. investigativo o análisis a nivel real. tal como muestra la Figura 2. Los actuadores comúnmente utilizados en mesas vibratorias son de tipo servo-hidráulico.F Estados Unidos. A partir del diagrama de cuerpo libre se puede obtener el modelo general de una mesa vibratoria en términos matemáticos. grados de libertad. frecuencias de operación. calibrar y complementar gran variedad de modelos de predicción que se utilizan para análisis y diseño reglamentario. Generalmente las mesas vibratorias se pueden clasificar según su tamaño. su historia y los avances logrados en los últimos años. M es la masa de la plataforma. y por tanto. Esto abriría las puertas a una nueva generación de mesas vibratorias con mejores capacidades en términos de frecuencia y peso de los especímenes. Finalmente.T. Las primeras mesas vibratorias se desarrollaron a finales del siglo XIX en Japón (Muir-Wood. se presentan algunas de las mesas vibratorias existentes. Fa es la fuerza del actuador. así como de su evolución y sus cambios a través del tiempo.U. Esto permitirá tener un concepto más amplio de su utilidad y de las necesidades que deben ser resueltas en los próximos años.A. estas mesas generaban el movimiento de forma manual con una rueda de manivela y una plataforma móvil sobre rieles paralelos. 1988). sino además de las teorías que sustentan el proyecto. A continuación se presenta la historia de las mesas vibratorias. en 1906 la Universidad de Standford construyó una mesa vibratoria similar pero con la ventaja de que el movimiento se generaba por un motor eléctrico. La ecuación de movimiento para la plataforma de la mesa vibratoria se presenta en la ecuación: En este proyecto se presenta información no sólo sobre las mesas vibratorias.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 8 . El objetivo de las mesas vibratorias es brindar una contribución esencial en la ingeniería sísmica. 𝐶 es la constante de amortiguamiento y k el coeficiente de fricción actuando en el sistema. Entre las ventajas de que el movimiento se generara por algún medio diferente a la forma manual era que se podían llevar los modelos hasta su completa destrucción. con el fin de desarrollar una herramienta experimental capaz de dar facilidades de diseño o brindar soporte en el estudio teórico del comportamiento estructural bajo efectos sísmicos. Generalmente. su movimiento era armónico y en una sola dirección. y se describe el proceso de diseño de la mesa más simple y la mesa de proyecto.F En la Figura 2. Unos años más tarde. UNIV. X es el desplazamiento horizontal de la plataforma. UNIV. fuerza de impacto y del resorte. Actualmente el desarrollo de mesas vibratorias se centra en desarrollar mesas que logren simular sismos en más de un grado de libertad con las mismas capacidades logradas para las de un grado de libertad. las cuales dependían de la resonancia del modelo.U.A. gracias a los avances logrados en la segunda guerra mundial.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 9 .F La siguiente generación de mesas vibratorias nace con la propuesta de Jacobsen (1930).T un estudio sobre un nuevo modelo de mesa vibratoria. precisión del movimiento y capacidad de carga. en respuesta a los problemas que generaban los tanques de agua elevados. con este tipo de mesas se realizaron numerosos avances para estructuras sismo-resistentes. Esta propuesta fue la primera en el uso de un actuador lleno de aceite para generar el movimiento de una plataforma móvil. Durante los años siguientes se realizaron mejoras en las capacidades de aceleración. Ruge realizó en el M. el cual usaba un controlador que realimentaba el error y buscaba la representación de un sismo real registrado en la época. En 1936.I. Desde la década del 80. A partir de modelos a escala reducida. Este nuevo tipo de mesas vibratorias sobresalió de las anteriores por que permitían generar movimientos aleatorios con frecuencias altas. la cual consistía en una mesa vibratoria que producía vibraciones a partir de un primer impulso generado por un péndulo que golpeaba la plataforma contra un resorte. ya que consiguió una capacidad de 10000 kN en los años 80. el desarrollo de las mesas vibratorias en términos de precisión y capacidad de carga llegó a un punto satisfactorio.T. : ARCE ERQUICIA MAURICIO 10 . Son los elementos que restringen el movimiento a una oscilación unidireccional. Este dispositivo de adquisición de datos de aceleraciones se muestran muy amigables ya que podemos obtener los datos de aceleraciones en unidades de m/s o porcentajes de gravedad respectivamente. (MSc. Dispositivos computacionales-.2013 ) UNIV. LUIS RICARDO PROAÑO TATAJE.F Una mesa vibratoria compleja-. Es el generador de movimiento oscilatorio que consiste en un motor con velocidad angular que transmite su potencia a un disco el cual está conectado a una biela con un desplazamiento intencional a su centro. Y.98E-4 m/s2. Ing. MESA VIBRATORIA COMPLEJA El sistema es formado por: Estructura metálica-. Las aceleraciones que estos dispositivos detectan están en las tres direcciones X. Z.T. Es un dispositivo mecánico que permite la generación de movimientos sísmicos sobre modelos estructurales.U. La estructura metálica es el elemento de soporte de la mesa vibratoria Guías lineales-. Actuador-. Los datos de aceleraciones que estos dispositivos traen son de una precisión del orden de 5. la biela está sujeta en su otro extremo a un dispositivo unido a la mesa vibratoria. Para la adquisición de sus datos se utilizara los acelerómetros que irán incorporados en teléfonos celulares.A. Ing.F REFERENCIA BIBLIOGRAFICA Ms. Web http://observatoriosancalixto. LUIS RICARDO PROAÑO TATAJE.Primera edición: abril de 2011.com/index.Pag. Instigación “Dinámica estructural “.php/2013-10-16-13-2724/centro-nacional-de-sismologia-de-bolivia.1.A. CENTRO NACIONAL DE SISMOLOGIA DE BOLIVIA TEMARIO (Tentativo) ESTUDIO DE LA INCIDENCIA DE LOS FENOMENOS SISMICOS CON LA UTILIZACION DE UN MODELO UNIDIRECCIONAL INTRODUCCIÓN Resumen Problema científico Objetivo general Objetivos específicos Objeto de estudio Campo de acción Hipótesis Método de investigación Aporte científico CAPÍTULO I FUNDAMENTACION TEORICA 1. Fernando (2000) “Diseño de edificios de H°A° de mediana altura en zonas de riesgo Sísmico Moderado. Fundamentos de análisis dinámico de estructuras.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 11 . Rafael Salinas Basualdo. -universidad Mayor de San Simón Cochabamba Bolivia Dinámica de estructuras: Sistemas de un grado de libertad – Juan Carlos Botero Palacio .2013 Ing.U. Una comparación técnicoeconómica con un diseño no sísmico” proyecto de grado para optar el título de licenciado en Ingeniería civil. 3-5 ACHABAL.T. UNIV. Aspectos generales sobre la ingeniería sísmica. 3.1. Localización de las zonas de Bolivia con mayor actividad sísmica 1.3. Aspectos generales. Características de las zonas sísmicas.6.1.1. Definición y origen de los sismos.1.2.3.5.4. Características físicas. Dimensiones mínimas 2. 1.1. 1.4.2. Importancia de la detección de los sismos 1. Calidad de datos que se obtienen de los modelos de simulación 2.6. Como funcionan los modelos de simulación CAPITULO II ESTUDIO DE LA INCIDENCIA DE LOS FENOMENOS SISMICOS. b. Norma sismoresistente de Bolivia 2.5.5. Recomendaciones de algunos autores sobre la construcción de modelos de simulación 2.F 1.2. Zonas sísmicas en Bolivia 1. Planos de modelos ya construidos 2.3. Definición. Definición.1.2. 1.3. Riesgos que pueden producir una actividad sísmica 1. Ensayos y Formas en que afectan los sismos a las estructuras 1.U.4.2.3.1. 1.: ARCE ERQUICIA MAURICIO 12 .1.1. 1. Zonas sísmicas en Sud América.A.T. Norma boliviana de Hormigón –armado CBH-87 UNIV. 1.4.5. Modelos de simulación existentes en el Departamento de Potosí 2. Factores que afectan la eficacia del modelo 1.2. Historia.6. 1. Modelos de simulación en Bolivia 2. a.1.1. 1.6. Métodos de detección de actividad sísmica 1.1.3. Características geográficas.2.2.2. Localización de los zonas con mayor actividad sísmica 1.3.1. Identificación y observación.6.6.1. Zonas sísmicas en el mundo 1.5.4. 1.4.2. Características mínimas 2. UTILIZACION DE MODELOS Y NORMA BOLIVIANA VIGENTE 2. El uso de modelos para la simulación de actividades simicas 1. Descripción de los modelos usados. : ARCE ERQUICIA MAURICIO 13 .1.A. Uso de teléfonos celulares como acelerómetros 3. Uso de software para la introducción de los datos obtenidos CONCLUCIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS UNIV.1.1.T. Calculo del error que conlleva el uso de los dispositivos celulares 3.4.4.2.3.F 2.U.1. Análisis de los componentes del modelo 3. Obtención de datos y calibración del modelo 3. Características Mínimas CAPITULO III OBTENCION Y COMPARACION DE DATOS 3.