villamizar, gómez & thomson, 2014.pdf

Upload: pedro-torres

Post on 02-Mar-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    1/9

    DYNAhttp://dyna.medellin.unal.edu.co/

    The authors; licensee Universidad Nacional de Colombia.DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014 Medelln. ISSN 0012-7353 Printed, ISSN 2346-2183 Online

    Effects of human-structure interaction in slabs

    Efectos de interaccin humano-estructura en losasSandra Villamizar a, Daniel Gmez b & Peter Thomson c

    a M.Sc., Universidad del Valle, Colombia. Grupo de Investigacin G-7. [email protected] M.Sc., Profesor Asociado, Universidad del Valle , Colombia. Grupo G-7. [email protected]

    c Ph.D., Aeroespacial, Profesor Titular, Universidad del Valle, Colombia. Grupo G-7. [email protected]

    Received: August 23th, 2013. Received in revised form: December 20th, 2013. Accepted: January 21th, 2014

    AbstractDuring the last several decades, stronger and lighter materials have been developed with the aim of optimizing performance and building costs.These technological advances have given rise to thin flexible flooring systems with natural frequencies that lie within the frequency range ofvibrations produced by human activity. Human occupants can cause changes in the dynamic properties of the structure and structural vibrationscan cause discomfort to the occupants, who not only perceive the vibrations but also interact dynamically with the structure. This paper presentsthe results of the characterization of the effect of human-structure interaction (HSI) in three flooring systems commonly used in the Colombian

    building industry. The methodology consisted in the characterization of the dynamic response of the flooring systems due to different coordinatedhuman activities. Based on the results, the authors recommend that future building codes account for human-structure interaction effects inflooring systems.

    Keywords : Human-Structure Interaction, vibrations, dynamic response, slabs.

    ResumenLos avances tecnolgicos de las ltimas dcadas han tendido al desarrollo de materiales ms livianos y resistentes con el fin de optimizar costos yrendimientos en la construccin de losas. Estos avances han permitido el diseo y construccin de sistemas de piso ms esbeltos y ligeros cuyasfrecuencias naturales son cercanas al rango de frecuencias de excitacin producidas por las personas en movimiento. Est demostrado que loshumanos pueden provocar cambios en las propiedades dinmicas de las losas, y las vibraciones pueden producir sensacin de inseguridad en las

    personas. Esta investigacin presenta los resultados de la caracterizacin experimental del efecto de Interaccin Humano-Estructura (IHE) en tressistemas de entrepisos de comn uso en el sector de la construccin colombiana. La metodologa empleada consisti en la determinacin de larespuesta mediante registros experimentales en las plataformas sometidas a diferentes actividades antrpicas. Al final del artculo se hace unarecomendacin para tener en cuenta los efectos de IHE en las losas en futuras normas de diseo.

    Palabras Clave: Interaccin Humano-Estructura, vibraciones, respuesta dinmica, losas.

    1. Introduccin

    La tendencia hacia el uso de materiales ms resistentes ylivianos ha permitido el diseo y construccin de losas conlargas luces, ms esbeltas y ligeras. Esto hace que muchossistemas de entrepiso tengan baja capacidad de disipacin deenerga y frecuencias naturales muy cercanas al rango de lasfrecuencias de excitacin producidas por las personas en

    movimiento. En consecuencia, estos sistemas de entrepiso sonsusceptibles a vibraciones que frecuentemente causanincomodidad a los ocupantes y, en algunos casos, han generadodaos estructurales y colapso. Muchos ejemplos han sidodocumentados sobre casos de vibraciones extremas producidas

    por personas al bailar, saltar o caminar en diferentes tipos desistemas de piso [1-4]. En Colombia, el Reglamento de Diseoy Construccin Sismo Resistente NSR-10 [5] es muy limitadoen cuanto a las recomendaciones para efectos dinmicoslocales en estructuras (numeral B.4.7) e insuficiente para

    garantizar el diseo adecuado de losas, puentes peatonales ygraderas para cargas de servicio [1].

    Los efectos de interaccin en losas han sido ampliamenteestudiados por diferentes autores. Allen et al. [6] y Ellis et al.[7,8], caracterizaron la carga dinmica producida poractividades rtmicas de una o ms personas, formularon criteriosde servicio y determinaron valores de coeficientes de Fourier enfuncin del tiempo de contacto con la estructura y el periodo de

    salto [9]. Ebrahimpour et al. [10,11] y Yao et al. [12]cuantificaron la carga dinmica debida al salto de grupos de personas en funcin de las propiedades dinmicas de laestructura y la sincronizacin de las personas [13].Recientemente, las investigaciones se han enfocado endeterminar las frecuencias producidas por las personas y laforma como stas afectan a la estructura, determinando factoresde seguridad que varan segn las normas de cada pas [2]. Losresultados obtenidos demuestran que las actividades antrpicasgeneran cambios en las propiedades dinmicas de las estructuras

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    2/9

    Villamizar et al / DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    130

    y adems pueden llegar a provocar vibraciones que causanincomodidad y sensacin de inseguridad en los usuarios. Esto sedebe porque las personas no slo perciben las oscilaciones, sinoque simultneamente interactan con el entrepiso, actuandocomo un sistema dinmico adicional [3]. Pese a que el tema hacausado preocupacin desde la dcada de los 80s, su impactoen los diferentes cdigos internacionales de diseo yconstruccin no ha sido el esperado. Particularmente, la normacolombiana se limita a restringir la frecuencia natural vertical aun rango mayor a 5 Hz y emplea el enfoque tradicional en elque se involucra a los ocupantes humanos como una cargaesttica adicional.

    Un ejemplo claro de las consecuencias que puede generarla excitacin antrpica en una estructura ocurri el 25 de abrilde 2008 en el Estadio Guillermo Plazas Alcid en Neiva,Colombia, donde parte de la tribuna occidental se desplom en

    pleno concierto musical dejando a una persona muerta y tresheridas [4]. Lo anterior demuestra que aun para entrepisos yotros elementos estructurales que no forman parte del sistemade resistencia ssmica, el comportamiento dinmico anteefectos de Interaccin Humano-Estructura (IHE) debe serverificado y tenido en cuenta en el anlisis y diseo estructural.La IHE representa un campo relevante que debe serconsiderado explcitamente en el reglamento de diseocolombiano mediante la disposicin de valores lmites deaceleraciones y frecuencias naturales en funcin deldesempeo segn niveles de seguridad y comodidad percibida.En este artculo se presentan los resultados de la caracterizacinde los efectos de IHE obtenidos a partir de ensayosexperimentales realizados en tres sistemas de entrepisosometidos a diferentes actividades antrpicas.

    2. Plataformas experimentales

    Para la determinacin experimental de los efectos de IHEen los parmetros dinmicos de las losas, se construyeron tressistemas de entrepiso diferentes cuadrados de 4 m de lado.Estas losas fueron apoyadas sobre cuatro celdas de cargaubicadas en la parte superior de cuatro columnas de seccintransversal cuadrada de 0.36 m de lado y 1 m de altura, talcomo se muestra en la Figura 1.

    Figura 1. Descripcin general de las plataformas experimentales

    El diseo de las losas se realiz de manera que suconfiguracin geomtrica permitiera la realizacin segura de

    ensayos con grupos de hasta 45 personas. La resistencia delconcreto utilizada en cada entrepiso fue de 21 MPa. Elentrepiso Tipo 1 (T1) mostrado en la Figura 2, corresponde auna losa en concreto reforzado armada en una direccin yaligerada con casetn en esterilla de guadua. Esta losa tiene unaaltura total de 0.40 m, un peso aproximado de 65 kN. y estcompuesta por una loseta de 0.08 m de espesor, reforzada conmalla electrosoldada de 4 mm, fundida sobre una cuadrcula dedos vigas y cinco viguetas cada una con altura de 0.32 m. Laestructura se dise para que la frecuencia natural fuerasuperior a los cuartos y quintos armnicos producidos por lascargas humanas cuando estn en movimiento [14].

    Figura 2. Plataforma experimental T1: losa aligerada con casetn enesterilla de guadua [14]

    Figura 3. Plataforma experimental T2: losa en Placa Fcil

    El entrepiso Tipo 2 (T2) corresponde a una losaaligerada con ladrillo de arcilla cocida, comnmentedenominado como sistema Placa fcil , tal como se muestraen la Figura 3. El peso de esta losa es de aproximadamente

    60 kN y consiste en una loseta de 0.06 m de espesor enconcreto reforzado con malla electrosoldada de 6 mm (0.15m x 0.15 m). Se utilizaron tres perfiles de acero estructuralabiertos formados en fro, cuyas dimensiones finales fueron130 mm de base, 90 mm de altura y 1.5 mm de espesor. Lasvigas perimetrales en concreto reforzado tienen seccinrectangular con un ancho de 0.25 m y una altura de 0.30 m.

    El entrepiso Tipo 3 (T3), mostrado en la Figura 4,corresponde a un sistema de losa en Steel Deck. Esteentrepiso est compuesto por una lmina estructuralgalvanizada calibre 22, con altura de nervadura de 0.05 m y

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    3/9

    Villamizar et al / DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    131

    doble armado de malla electrosoldada de 4 mm. La losa estapoyada sobre perfiles metlicos en lmina delgada PHR C220x80 con espesor de 2.5 mm formando una seccin tipocajn, los cuales transmiten las cargas a las cuatrocolumnas. El espesor total de esta losa es de 0.10 mincluyendo la altura del concreto y tiene un pesoaproximado de 60 kN. Para garantizar que el conjunto delosa-viguetas se pueda considerar como seccin compuesta,se utilizaron pernos industriales de 3/4" separados cada 0.61m como conectores de cortante.

    Figura 4. Plataforma experimental T3: losa en Steel Deck

    3. Ensayos experimentales

    Los ensayos de las losas se clasificaron siguiendo la propuesta de Alves et al. [15] quienes consideran dos tipos decarga: cargas sin prdida de contacto y cargas con prdida decontacto. Para el primer tipo de carga, se analiz la respuesta delos entrepisos con personas de pie y sin movimiento. Lasactividades de las personas que forman parte de la segunda

    clasificacin fueron: saltos, bailes en pareja y aerbicos. Larespuesta de las losas fue registrada mediante acelermetrosEndevco modelo 752A con ancho de banda 5% de 1 a 8000Hz ubicados en su parte inferior, en el centro, en las vigas

    perimetrales y en algunas viguetas. Adems, las cuatro celdasde carga ubicadas en la parte superior de las columnas fueronusadas para registrar las fuerzas.

    3.1. Cargas sin prdida de contacto

    Las cargas sin prdida de contacto corresponden a las posturas estacionarias de las personas, bien sea sentadas o de pie, sobre una estructura. Para observar la variacin de las

    propiedades dinmicas (razones de amortiguamiento yfrecuencias naturales) de las losas ante este tipo de cargas, serealizaron ensayos de vibracin forzada de las losas vacas, consacos de arena y con grupos de personas hasta un mximo de46 individuos. Las pruebas tuvieron una duracin entre 300 y600 s. Un actuador dinmico con una masa activa de 30.6 kg,ubicado en el centro de la losa (Ver Figuras 4, 5 y 6), fueempleado para generar fuerzas verticales sobre las losas. Serealizaron barridos frecuenciales lineales de excitacin, entre10 y 30 Hz, para garantizar que cada plataforma entrara enresonancia en su modo fundamental.

    3.1.1. Ensayos sin carga adicional

    Las propiedades dinmicas de los tres tipos de losasfueron determinados mediante ensayos de vibracin forzadaen cada una de ellas, sin carga adicional (Ver Figura 5).

    Figura 5. Ensayo de vibracin forzada en losa vaca

    3.1.2. Ensayos con sacos de arena y personas

    En los tres tipos de losas se realizaron ensayos de vibracinforzada en los que se adicion peso muerto, tanto por medio desacos como con personas. Se realiz un aumento paulatino deesta carga con el fin de comparar la variacin de la frecuencianatural y la razn de amortiguamiento de cada una de las losas.Para el caso de los sacos de arena, se colocaron sobre las losastal como se muestra en la Figura 4. El peso total de los sacos dearena se aument hasta llegar a valores de 6331 N, 4792 N y6272 N para las plataformas experimentales Tipo 1, 2 y 3,respectivamente.

    De manera similar, se aument el nmero de personas en postura erguida estacionaria sobre los tres tipos de losashasta alcanzar una sobrecarga de 6600 N en la losa T1, 7070

    N en la tipo T2 y 6760 N en la T3 (Ver Figura 6).

    Figura 6. Ubicacin del actuador dinmico y personas durante ensayosexperimentales

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    4/9

    Villamizar et al / DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    132

    3.2. Cargas con prdida de contacto

    Las cargas con prdida de contacto son producidas porlas personas cuando realizan actividades en las cualestemporalmente pierden contacto con la estructura. Algunosejemplos de este tipo de carga son aquellas producidas porsaltar, caminar, trotar, correr, bailar y hacer aerbicos.

    3.2.1. Ensayos con personas saltando

    Se tomaron registros de vibraciones para obtenerfunciones de carga cuando las personas de maneraindividual y grupal realizaron saltos coordinados. Cadaensayo tuvo una duracin de 40 segundos y consisti en la

    participacin de 1 a 45 voluntarios, a los cuales se les pidisaltar siguiendo un metrnomo sonoro. Las pruebas serealizaron para cinco frecuencias de salto: 1.50, 1.75, 2.00,2.25 y 2.50 Hz, para abarcar el rango tpico de frecuenciascorrespondientes a los saltos producidos por multitudes.

    3.2.2. Ensayos con personas realizando aerbicos y bailes

    Las actividades rtmicas realizadas por personas engimnasios, discotecas y salones de baile fueronreproducidas sobre las losas mediante ensayos de aerbicosy bailes en pareja. La duracin de las pruebasexperimentales fue de 900 s, en los cuales los participantes

    bailaron segn el gnero musical. Los gneros consideradosfueron: salsa, merengue, bachata y reggaetn. Las rutinas de

    baile sincronizado (aerbicos) fueron ejecutadas paradiferentes nmeros de individuos, alcanzando un mximode 9 personas.

    La Figura 7 muestra una de las rutinas de aerbicosrealizada para un total de 6 personas. Los ensayos de baile

    libre en parejas, contaron con la participacin de un mximode 5 parejas.

    Figura 7. Ensayo con personas realizando aerbicos

    4. Resultados

    Las propiedades dinmicas de las losas fueron obtenidasa partir de los registros de vibraciones utilizando algoritmosde identificacin de sistemas dinmicos en el dominio de

    frecuencias. El mtodo empleado consiste en determinar lafuncin de respuesta en frecuencia (FRF) y en realizar unajuste de curva por medio de mnimos cuadrados paraobtener una ecuacin en el dominio de frecuencia. Estaecuacin se denomina modelo analtico y relaciona, a travsde un cociente en el dominio complejo, la respuesta Y(s) delsistema con la seal de entrada o excitacin U(s) [16]. En laTabla 1 se especifican los valores experimentales de lasfrecuencias naturales y las razones de amortiguamiento del

    primer modo para cada uno de los tres sistemas deentrepiso.

    Tabla 1.Propiedades dinmicas de las losas vacas

    SistemaEstructural f n [Hz] [%]

    Losa con casetn deesterilla, (T1) 19.64 2.07

    Losa Placa Fcil , (T2) 15.69 1.91

    Losa Steel Deck , (T3) 14.51 1.70

    En la Figura 8 se presenta la variacin de la frecuencianatural y la razn de amortiguamiento de cada uno de lossistemas de entrepiso en funcin de la masa adicional

    proporcionada por las personas y los sacos de arena. En estafigura se puede observar como la variacin en la masa total delas personas y sacos de arena produce tendencias opuestas en elcambio de la frecuencia natural. Villamizar et al. en [17]demostraron de manera analtica y experimental que estavariacin ocurre en sistemas donde la rigidez de la estructura esmayor a la de las personas y el segundo modo es predominante.Esta diferencia en las propiedades dinmicas de ambossistemas (losa-personas) ocasiona la separacin de frecuencias

    a medida en que se incrementa la razn de masas entre ellos.Como resultado, la frecuencia predominante asociada alsegundo modo del sistema losa-personas aumenta y lafrecuencia fundamental disminuye [18].

    Los resultados de los ensayos con prdida de contacto enlos cuales la excitacin es producida por los saltos de

    personas fueron clasificados en funcin del nmero de personas que realizaron los saltos y en trminos de larepresentacin de la carga. Esta representacin puede seresttica, a travs de la determinacin del Factor de Impacto(Kp) el cual es la relacin de la carga producida por la

    persona al momento de saltar y la producida sin estar enmovimiento, o dinmica, por medio de la obtencin de loscoeficientes de Fourier [14].

    Tabla 2.Factor de impacto mximo para salto individual

    K p mx

    Peso[N]

    Frecuencia de Excitacin [Hz]

    1.50 1.75 2.00 2.25 2.50

    Losa 1 568.4 3.96 2.83 3.63 3.96 4.10

    Losa 2 588.0 3.16 3.45 3.10 3.21 3.63

    Losa 3 509.6 3.55 4.79 4.70 5.10 5.11

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    5/9

    Villamizar et al /DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    133

    Figura 8. Variacin de las propiedades dinmicas de las losas

    Las Tablas 2 y 3 contienen los valores mximos y promedios de los factores de impacto (Kp), obtenidos para saltos individuales en los tres sistemas deentrepiso. En la caracterizacin dinmica de la fuerzagenerada por saltos de personas, la determinacin de loscoeficientes de Fourier constituye un elementoimportante. Los valores obtenidos para los coeficientesde Fourier estn influenciados por factores tales comola edad, sexo, la habilidad y forma como cada personarealiza el salto [19]. Tambin, el tipo de calzadoempleado durante la prueba, aspectos de personalidad,la sincronizacin y hasta la motivacin del individuo enel momento de los ensayos.

    Tabla 3.Factor de impacto promedio para salto individual

    K p prom Peso

    [N]

    Frecuencia de Excitacin [Hz]

    1.50 1.75 2.00 2.25 2.50

    Losa 1 568.4 2.73 2.21 2.92 3.35 3.43

    Losa 2 588.0 1.65 1.49 1.31 1.29 1.32

    Losa 3 509.6 2.81 3.21 3.67 4.68 4.56

    La Tabla 4 muestra los valores de los coeficientes deFourier para la carga producida por personas al saltarrecomendados por el Comit Euro-International du Bton(CEB) en 1991 [19] y los valores obtenidos en estainvestigacin para los tres sistemas de entrepiso.

    Estos resultados son coherentes con los obtenidos enotras investigaciones tales como las desarrolladas por laUniversidad Federal de Ro de Janeiro [19], lasrecomendaciones propuestas por Bachmannet al. [20],

    las deducciones de Raineret al . [21], la revisin de laliteratura realizada por investigadores de la Universidad Sheffield [22] y los trabajos de caracterizacin de efectIHE en la Universidad del Valle [14,23].

    Tabla 4.Coeficientes de Fourier para sistemas de entrepiso

    Saltos sobre

    losas

    Coeficiente de Fourier

    A1 A 2 A 3

    Valores del CEB [10] 1.80 1.30 0.70

    Losa aligerada concasetn [6] 1.60 0.90 0.40

    Losa Placa Fcil 1.30 0.62 0.45

    LosaSteel Deck 1.50 0.85 0.54

    La caracterizacin de cargas producidas por el salto dgrupos de personas incluye los valores mximo y promedde los Factores de Impacto Kp en funcin del peso de l

    participantes para cada una de las frecuencias de salto. Figura 9 muestra los valores mximos de Factores de Impaobtenidos para saltos con grupos de personas en los tressistemas de entrepiso y las diferentes frecuencias de vibracique se pudieron identificar. Cabe resaltar que estafrecuencias estn relacionadas al segundo modo.

    La Figura 10 representa los Coeficientes de Fouriobtenidos para los tres primeros armnicos de cada sistemde entrepiso en funcin del peso de las personas para ufrecuencia de excitacin de 2 Hz.

    0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 700012

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    21

    F r e c u e n c i a , [ H

    z ]

    Peso, [N]0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    Peso, [N]

    A m o r t

    i g u a m

    i e n t o ,

    [ % ]

    Personas Losa T1 Arena Losa T1Personas Losa T2

    Arena Losa T2Personas Losa T3

    Arena Losa T3

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    6/9

    Villamizar et al /DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    134

    Figura 9. Factores de impacto mximos para saltos de grupos de personas

    Figura 10. Coeficientes de Fourier en funcin del peso de las personas

    1362 1921 3587 4322 6096 15513

    1.5

    1.75

    2

    2.25

    2.5

    2.75

    3

    3.25

    3.5

    3.75

    4

    Peso personas, [N]

    K p

    m x

    i m o

    LOSA TIPO 1 F = 1.50 HzF = 1.75 HzF = 2.00 HzF = 2.25 HzF = 2.50 Hz

    1411 38615782 8301 11211 15641 2360826146 29155

    1.5

    1.75

    2

    2.25

    2.5

    2.75

    3

    3.25

    3.5

    3.75

    4

    Peso personas, [N]

    K p

    m x i m o

    LOSA TIPO 2 F = 1.50 HzF = 1.75 HzF = 2.00 HzF = 2.25 HzF = 2.50 Hz

    1039 4028 6586 10084 12995 17130 20208 22716 27107

    1.5

    1.75

    2

    2.25

    2.5

    2.75

    3

    3.25

    3.5

    3.75

    4

    Peso personas, [N]

    K p

    m x i m o

    LOSA TIPO 3 F = 1.50 HzF = 1.75 HzF = 2.00 HzF = 2.25 HzF = 2.50 Hz

    1362 1921 2558 3587 4322 6096 155130

    0.25

    0.5

    0.75

    1

    1.25

    1.5

    Peso personas, [N]

    C o e

    f i c i e n

    t e s

    d e F

    o u r i e r

    LOSA TIPO 1 1 armnico2 armnico3 armnico

    1411 38615782 8301 11211 15641 2360826146 291550

    0.25

    0.5

    0.75

    1

    1.25

    .5

    Peso personas, [N]

    C o e

    f i c i e n

    t e s

    d e F

    o u r i e r

    LOSA TIPO 2 1 armnico2 armnico3 armnico

    1039 4028 6586 10084 12995 17130 20208 22716 271070

    0.25

    0.5

    0.75

    1

    1.25

    1.5

    Peso personas, [N]

    C o e

    f i c i e n

    t e s

    d e

    F o u r i e r

    LOSA TIPO 31 armnico

    2 armnico3 armnico

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    7/9

    Villamizar et al /DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    135

    Figura 11. Factor de impacto mximo para baile sincronizado

    Figura 12. Factor de impacto para baile en pareja

    529 1039 1568 2058 25873126 4332 53701

    1.1

    1.2

    1.3

    1.4

    1.5

    1.6

    1.7

    1.8

    1.9

    2

    Peso personas, [N]

    K p

    p r o m e

    d i o

    SALSA Losa T1Losa T2Losa T3

    529 1039 1568 2058 25873126 4332 53701

    1.1

    1.2

    1.3

    1.4

    1.5

    1.6

    1.7

    1.8

    1.9

    2

    Peso personas, [N]

    K p

    p r o m e

    d i o

    REGGAETON Losa T1Losa T2Losa T3

    1068 1303 2499 3489 4714 59091

    1.05

    1.1

    1.15

    1.2

    1.25

    1.3

    Peso personas, [N]

    K p

    p r o m e

    d i o

    SALSA Losa T1Losa T2Losa T3

    1068 1303 2499 3489 4714 59091

    1.05

    1.1

    1.15

    1.2

    1.25

    1.3

    Peso personas, [N]

    K p

    p r o m e

    d i o

    MERENGUE Losa T1Losa T2

    Losa T3

    1068 1303 2499 3489 4714 59091

    1.05

    1.1

    1.15

    1.2

    1.25

    1.3

    Peso personas, [N]

    K p p

    r o m e

    d i o

    BACHATA Losa T1Losa T2Losa T3

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    8/9

    Villamizar et al /DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    136

    La Figura 11 presenta los Factores de Impacto obtenidosexperimentalmente para baile sincronizado (aerbicos)correspondiente a los gneros salsa y reggaeton, sobre lostipos de losas construidos. Se puede observar que a medidaque se incrementa el nmero de participantes en cadaensayo el factor de impacto disminuye hasta alcanzar unvalor constante. La Figura 12 muestra los Factores deImpacto para los gneros musicales de salsa, merengue y bachata, obtenidos experimentalmente en cada sistema deentrepiso para bailes en pareja.

    4. Conclusiones

    La caracterizacin experimental de efectos producidos por las personas sobre las estructuras es compleja porquedepende de factores fsicos y psicolgicos propios de cada persona (estatura, peso, edad, sexo, personalidad,sincronizacin, entre otros). Pese a la influencia de estosfactores en las propiedades dinmicas de las losas, se logrestablecer valores de frecuencias naturales y razones deamortiguamiento viscoso en el sistema losa-personas paracargas sin prdida de contacto. Para las cargas con prdidade contacto se obtuvo experimentalmente los valores de K p y de los Coeficientes de Fourier.

    Al analizar la respuesta en los tres tipos de plataformasde pruebas ante cargas sin prdida de contacto, los efectosde IHE se hacen evidentes al comparar la respuestadinmica del sistema losa-masa muerta con la respuesta delsistema losa-personas. Un aumento progresivo de la cargamuerta mediante sacos de arena gener una disminucin enla frecuencia natural, como es de esperarse. Por otro lado,un aumento paulatino en el nmero de personas en posturaerguida estacionaria sobre la losa, gener la interaccin conel sistema de entrepiso. Esto se evidenci en que el segundo

    modo del sistema acoplado se vuelve el predominante y el primer modo no fue identificable en los registros. Por lotanto, contrario a la intuicin, la frecuencia del modo predominante junto con su razn de amortiguamientoaumenta.

    Para el caso cargas con prdida de contacto, se evalu larespuesta dinmica en los tres sistemas de entrepiso paraactividades tales como, saltar y bailar. Las frecuenciasasociadas a los segundos armnicos de estas actividades pueden llegar a ser igual o superior al criterio establecido por lanorma NSR-10 en el numeral B.4.7. Por lo tanto, serecomienda que este lmite en frecuencia sea reevaluado y que,adems, en la normas de diseo se incluya un criterio deaceleracin en funcin del tipo de uso que va a tener el sistemade entrepiso. Es importante recalcar que las pruebasexperimentales se realizaron en losas sin muros, ya que losmuros y otros elementos no estructurales tienden a aumentar elamortiguamiento y disminuir la respuesta dinmica en unaestructura convencional.

    Agradecimientos

    Los autores agradecen a la Universidad del Valle yCOLCIENCIAS por la financiacin del proyecto

    "Desarrollo de una gua de diseo estructural para disminuirel efecto de la interaccin humano-estructura en estructurasciviles" contrato No. 382-2009.

    Referencias

    [1] Snchez, J. A., Gmez, D. y Thomson, P., Anlisis de la interaccinhumano-estructura en puentes peatonales de Santiago de Cali, Revista

    Dyna, No. 177, pp. 86-94, 2013.[2] Ortiz, A. R., Gmez, D. y Thomson, P., Caracterizacin del efecto deinteraccin humano-estructura en el estadio olmpico de Cali, Colombia,Revista Ingeniera e Investigacin, No. 29, pp. 13-23, 2009.

    [3] Ortiz, A. R., Gmez, D., Thomson, P., Efecto de la interaccinhumano-estructura en las propiedades dinmicas de una tribuna, RevistaIngeniera y Competitividad, Vol. 14 (1), pp. 63-73, 2012.

    [4] Hernndez, D., Gmez, D. y Thomson, P., Implementacin de unsistema de control activo

    para disminuir las vibraciones producidas por personas en una tribuna,Revista Facultad de Ingeniera, Universidad de Antioquia, No. 61, pp. 83-92, 2011.

    [5] AIS., Asociacin Colombiana de Ingeniera Ssmica, Reglamentocolombiano de construccin sismo resistente NSR-10, 2011.

    [6] Allen, D. E., Rainer, J.H. and Pernica, G., Vibration criteria forassembly occupancies, Canadian Journal of Civil Engineering, No. 12(3), pp. 617-623, 1985.

    [7] Ellis, B. R. and Ji, T., Floor vibration induced by danced-type loads:theory, The Structural Engineer, No. 72(3), pp. 37-44, 1994.

    [8] Ellis, B. R. and Ji, T., Floor vibration induced by danced-type loads:verification, The Structural Engineer, No. 72(3), pp. 45-50, 1994.

    [9] Li, W. W., Wong, C.T., Leung, M. K. and Fung, S. C., Floor vibrationdue to human rhythmic activities: Tin Shui Wai Public Library Cum IndoorRecreation Centre, Procedia Engineering, No. 14, pp. 3285-3292, 2011.

    [10] Ebrahimpour, A., Hamam, A., Sack, R.L. and Patten, W.N., Measuringand modeling dynamic loads imposed by moving crowds, Journal ofStructural Engineering, No. 122(12), pp. 1468-1474, 1996.

    [11] Ebrahimpour, A. and Sack, R.L., A review of vibration serviceabilitycriteria for floor structures, Computers and Structures, No. 83(28), pp.2488-2494, 2005.

    [12] Yao, S., Wright, J., Pavic, A. and Reynolds, P., Experimental study ofhuman-induced dynamic forces due to jumping on a perceptibly movingstructure, Journal of Sound and Vibration, No. 296(1), pp. 150-165, 2006.

    [13] Sachse, R., Pavic, A. and Reynolds, P., Human-structure dynamicinteraction in civil engineering dynamics: A literature review, The Shockand Vibration Digest, No. 35(1), pp. 3-18, 2003.

    [14] Ortiz, A., Caracterizacin de efectos de interaccin humano-estructura,[Proyecto de grado Maestra en Ingeniera], Universidad del Valle, Cali,Colombia, 2011.

    [15] Alves, N. K. C., Roitman, N. and Magluta, C., Dynamic response

    under human movements, Materials and Structures, No. 32, pp. 31-37,1999.

    [16] Gmez, D., Comparison of the identification of a structural systemwith active control using frequency response and neural networks, RevistaDyna, No. 170, pp. 79-89, 2011.

    [17] Villamizar, S., Riascos, C. y Thomson, P., Validacin terica de unmodelo experimental de Interaccin Humano-Estructura, VI Congreso Nacional de Ingeniera Ssmica, Bucaramanga, 2013.

    [18] Brownjohn, J.M.W., Energy dissipation from vibrating floor slabs dueto human-structure interaction, Shock and Vibration, No. 8, pp. 315-323,2001.

  • 7/26/2019 Villamizar, Gmez & Thomson, 2014.pdf

    9/9

    Villamizar et al /DYNA 81 (184), pp. 129-137. April, 2014.

    137

    [19] Gonzlez, R., Caracterizacin de cargas dinmicas generadas poractividades rtmicas, [Tesis de Doctorado en Ciencias de la IngenieraCivil], Universidad Federal de Ro de Janeiro, Ro de Janeiro, Brasil, 2003.

    [20] Bachmann, H., Pretlove, A. and Rainer, H., Vibrations problems instructures: Practical guidelines, dynamic forces from rhythmical human body motions (Appendix G), Basel: Birkhuser, 1995.

    [21] Rainer, J., Pernica, G. and Allen, D., Dynamic loading and response offootbridges, Canadian Journal of Civil Engineering, No. 15, pp. 66-71,

    1988.

    [22] Zivanoc, S., Pavic, A. and Reynolds, P., Human-structure dynaminteraction in footbridges, Proceedings of the ICE-Bridge engineering, N158, pp. 165-177, 2005.

    [23] Villamizar, S., Efecto de interaccin humano-estructura en los[Proyecto de grado Maestra en Ingeniera con nfasis en Ingeniera CivUniversidad del Valle, Cali, Colombia, 2013.