05 sismo resistencia

DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades

Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistenciaDisminución de la demanda

Aumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas

Diseño basado en desplazamientos

“Si un ingeniero civil ha de adquirir una experiencia provechosa en un breve lapso, expóngasele los conceptos de la ingeniería sísmica; no importa que después vaya a trabajar en un lugar donde no tiemble.”

CRITERIOS DE DISEÑO

�Variables determinísticas

– Incertidumbre pequeña

– Fallas evitables

�Variables aleatorias

– Grandes incertidumbres

– Posibilidades de falla

CRITERIOS DE DISEÑO

Cada vez que un sismo, aún con intensidad moderada, sacude un centro urbano, se ponen de manifiesto todos los errores cometidos durante el diseño y la construcción.


Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas


Ductilidad y sismo-resistencia

DuctilidadEs la habilidad que un material posee para deformarse

plásticamente, es decir, la relación entre la deformación última y la deformación en el punto de cedenciaTenacidad

Es la cantidad de energía que un material absorbe antes de fallar.

Deformación

Área bajo la curva es la tenacidadÁrea bajo el

tramo elástico es una medida de la resistencia

Ductilidad

Tensión fy

εy εu

Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)

Absorción y disipación de energíaPara ilustrar la diferencia entre éstos dos términos se

presenta en la siguiente figura la respuesta de dos materiales con comportamiento de deformación similar, pero con recuperaciones diferentes bajo descarga.

Tensión fy

εy εuDeformación

MaterialII

MaterialI

Diseño elástico vs. Respuesta inelásticaNo es económicamente viable diseñar una estructura con

base en fuerzas calculadas con un espectro de respuesta elástico. Si el edificio puede deformarse plásticamente, puede utilizarse fuerzas menores a las elásticas para el diseño.

Mientras mayor sea la incertidumbre en la magnitud del sismo esperado, en las propiedades de los materiales y del suelo, mayor deberá ser la energía disipada.

Aunque es conveniente que una estructura sufra deformaciones plásticas durante eventos sísmicos severos de baja recurrencia, éstas deben controlarse para evitar el colapso o cualquier efecto que ponga en peligro la vida.


Factores de ductilidadEl factor de ductilidad se define como la relación entre la

deformación última y la deformación en el punto de fluencia. Sin embargo, su caracterización no es tan sencilla como en un ensayo simple de tracción directa.

En una estructura, las deformaciones pueden ser desplazamientos de un elemento, desplazamientos relativos entre pisos, rotaciones, curvaturas, etc. Los valores numéricos de la ductilidad expresada con base en diferentes tipo de deformación no son los mismos, por lo que es sumamente importante especificar qué tipo de ductilidad se está trabajando en cada caso.


Especificación de los factores de ductilidadSi el comportamiento de un material es perfectamente

elasto-plástico, la ductilidad no sólo define la deformación máxima, sino que define también la energía disipada. Sin embargo, en la realidad los materiales no tienen comportamiento ideal.

RealIdeal

F

δ

La estructura real no tiene un punto de fluencia definido.


Existen muchas propuestas para la definición del punto de fluencia. Entre otros, pueden citarse:• deformación correspondiente a la formación de la primerarótula plástica• deformación al momento del colapso incipiente (estructuraperfectamente elástica)• punto de fluencia de una estructura elasto-plástica queabsorbe la misma energía que la real.


Cuando hay deformaciones cíclicas el problema se complica

Los factores de ductilidad se dividen en términos de ductilidad global y ductilidad local.

Ductilidad Global

Se basa generalmente en la medida del desplazamiento lateral de la estructura


F

δ

Elástica

Elasto-plásticamsum &&

Ductilidad Local

Existen diversos métodos analíticos para determinar la ductilidad demandada de una estructura. Idealmente, el ingeniero debería poder detallar su estructura proveyéndola con la ductilidad requerida. Sin embargo, las incertidumbres generadas por los modelos matemáticos simplificados hacen que siempre deba proveerse con mayor ductilidad que la demandada.

El suministro de ductilidad global lateral en un edificio puede lograrse localizando secciones determinadas, en algunos elementos, que desarrollen grandes deformaciones inelásticas


La ductilidad local requerida de los elementos puede exceder significativamente la ductilidad global.

Los puntos críticos se escogen garantizando que la fluencia en ellos no ocasione el colapso de la estructura


� �

Tradicionalmente, el factor de ductilidad asociado al desplazamiento se ha utilizado como criterio para establecer el espectro de respuesta inelástica para el diseño sismo resistente de edificios. De allí, la resistencia mínima requerida (capacidad de resistir fuerzas laterales) en un edificio se estima con base en ese espectro.

Desde 1956, Housner propuso un procedimiento alternativo basado en el uso de la energía. Se utilizó un poco en la década de los años 60, pero sólo a partir de 1985 ha llamado de nuevo la atención de los investigadores.

La energía y la sismo-resistencia

La energía y la sismo-resistencia(Continuación...)

Demanda

El método se basa en la premisa de que es posible predecir la demanda de energía durante un sismo, así como es posible establecer la provisión de energía de un elemento, o de un sistema estructural.

La energía de entrada de un sistema puede expresarse como:

suelo del entodesplazami: u

piso ésimo-n al asociada masa:

demandada energía :

:donde

S

1

i

L

s

n

i

TiiL

m

E

duumE ∫ ∑

=

=

&& Energía demandada


Provisión

La provisión puede considerarse compuesta por la energía elástica almacenada, EE, más la energía disipada, ED.

EE está compuesta, a su vez, por EK, energía cinética, y Eδ, energía de deformación elástica.

Por su parte, la energía disipada consta también de dos partes, la energía de amortiguamiento, EA, y la energía histerética, EH.

2

2

TK

umE

&=

∫= kuduEδ

∫= duucEA

&

∫= dufErH


Si no es posible balancear la demanda mediante EE y ED, es necesario aumentar la provisión.

Para ello, puede incrementarse la energía disipada mediante el aumento de EA, el aumento de EH, o el aumento simultáneo de ambos. Lo más común es aumentar EH mediante la entrada al intervalo plástico (comportamiento inelástico), pero esto representa usualmente un alto nivel de daños.

Existen dos alternativas:•disminuir la demanda, o

•aumentar el amortiguamiento



Diseño basado en desplazamientos ~

Disminución de la demanda de energía

Control Pasivo

Recientemente, se ha reconocido la posibilidad de disminuir la demanda mediante la incorporación de mecanismos de absorción de energía. A esto se le llama control pasivo. El aislamiento basal y el amortiguador de masa sintonizada, AMS *, y los amortiguadores mecánicos, son ejemplos de control pasivo.

* En la literatura en inglés se les llama Tuned Mass Damper, TMD


El AMS consiste en un bloque rígido, con aproximadamente el 1 % de la masa total de la estructura, que se coloca en la parte superior de la edificación, conectado a través de resortes y amortiguadores y con dos grados de libertad en direcciones ortogonales, en el plano horizontal. Este tipo de acción pasiva funciona bien para viento.

Plomo

Cubierta de caucho

Pletinas de acero

Pletinas de refuerzo (acero)

Capas internas de caucho


El aislamiento basal tiene como objeto el desacople parcial

entre estructura y movimiento del suelo mediante un mecanismo

que sea capaz de disipar parte de la energía sísmica,

disminuyendo así el desplazamiento relativo entre los diferentes

elementos estructurales.

Aislamiento basal

Disminución de la demanda de energíaAislamiento basal

Su utilización

en edificios es aún

restringida debido

a los costos y a las

incertidumbres

existentes con

relación a su

comportamiento.

En puentes, sin

embargo, se

utilizan con

frecuencia algunos

métodos de

aislamiento basalSección de aislador

para edificios

Disminución de la demanda de energíaMecanismo de aislamiento basal bajo carga

Aunque el comportamiento a gran escala no se ha ensayado, los

aisladores se han mejorado notablemente con ensayos de

laboratorio

Disminución de la demanda de energíaControl Activo

El control activo reduce las vibraciones en una estructura incorporándole mecanismos actuadores alimentados por una fuente de energía exterior, capaces de ejercer fuerzas de control. Estos aparatos, controlados por computador, tienen la ventaja de adaptarse a las características de la excitación.

CONTROLADOR SISTEMACONSIGNA CONTROL SALIDA

PERTURBACIÓN

Aumento del amortiguamiento

La segunda alternativa es la de aumentar EA. Para lograrlo se aumenta el amortiguamiento interno de la estructura del intervalo normal (2 % a 5 %) a intervalos entre el 15 % y el 25 %. Esto reduce la magnitud de las aceleraciones espectrales e incrementa la energía disipada.

Se obtienen niveles similares de fuerzas en sistemas estructurales con grandes ductilidades y amortiguamiento del orden del 5 % que en diseños elásticos con amortiguamientos del 15 % al 25 %.

Aumento del amortiguamientoAmotiguadores mecánicos

Amortiguador

viscoso

Amortiguador visco-

elástico

Sello

retenedorSello Silicona fluida

compresible

Recinto

acumulador

Barra del

pistón

Cabeza del pistón

con orificios

Material visco-

elástico

Disminución de la demanda de energíaAmotiguadores mecánicos

Amortiguador

histerético

Amortiguador de

fricción

Pletinas de acero

Tornillos y

tuercas

CUALIDADES

•No se depende de la

ductilidad del sistema

•Se simplifican las conexiones

viga-columna

•No hay degradación de las

conexiones por ciclos

histeréticos en el intervalo

inelástico

•Elementos con secciones de

menores dimensiones

•Auténtica segunda línea de

defensa contra temblores de

baja recurrencia

LIMITACIONES

•Análisis estructural complejo

•Se requiere conocimiento

detallado de las características

del sismo esperado

•Difícil modelación con

programas modernos

•El método no está avalado

por ningún código

Aumento del amortiguamiento


Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas


La gran mayoría de los códigos en todo el mundo prescriben el diseño sismo resistente con base en la especificación de las fuerzas resistentes necesarias en la estructura para balancear las fuerzas inerciales a que se ve sometida, calculadas de acuerdo con un espectro elástico de seudo aceleraciones.

La capacidad de disipación de energía para el material y el sistema estructural, se define por medio de un coeficiente R que depende no sólo del material estructural, sino también de su disposición o despiece

Así, la fuerza sísmica de diseño se obtiene por medio de:

La fuerza elástica máxima solicitada es, a su vez: R

FF ey =

),T(SmasaF ae ξ×=

Diseño basado en fuerzas

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Aceleración

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o R a

elástico

v d

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

P

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Aceleración

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o R a

elástico

v d

Sistemas con

rigidez

degradante

Newmark y

Riddell

¿De dónde salió R?Diseño basado en fuerzas

Coeficientes de reducción de resistenciaCoeficientes de reducción de resistencia

0

1

2

3

4

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Período T (s)

Ra

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1 .5µ = 1 .5µ = 1 .5µ = 1 .5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

elástico

0

1

2

3

4

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Período T (s)

Ra

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1 .5µ = 1 .5µ = 1 .5µ = 1 .5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

elástico

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

Período T, (s)

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Aceleración

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o R a

elástico

v d

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

Período T, (s)

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Aceleración

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10

µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5

µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3

µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5

µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o R a

elástico

v d

Diseño basado en fuerzas¿De dónde salió R?

Para la zona sensitiva a las aceleraciones

En la medida que el período tiende a cero, las demandas de ductilidad tienden a uno.

Esto quiere decir que en los sistemas inelásticos con períodos cortos, no es posible ejercer la ductilidad y las reducciones que se realicen a la resistencia, pondrían en peligro la estabilidad del sistema, pues no habría una demanda de ductilidad compatible con la reducción de resistencia.

Validez de RDiseño basado en fuerzas

Facultad de Minas

Espectro para diseño por fuerza

Hay dos opciones para la especificación del espectro de diseño, en conjunción con el coeficiente de reducción de resistencia, RSa

T

R

T

R

Sa

T

R

T

R

1

Ate


Espectro para diseño por fuerzaDiseño basado en fuerzas

NSR-98

� Paso 1: Predimensionamiento y coordinación con otros profesionales

� Paso 2: Evaluación de las solicitaciones definitivas


La Ley 400 de 1997 trae una guía con los

pasos necesarios para realizar un diseño

sismo resistente.

Estos pasos se enumeran a

continuación:

Paso 3Localización en los mapas de amenaza sísmica

BAJA

INTERMEDIA

BAJA

ALTA

INTERMEDIAALTA

ALTA INTERMEDAI

6

5

6

12

3

479

1

3

9

7

6

6

5

5

5

78

2

4

3

4

7

8

Zona de Amenaza Sísmica Valor de Aa


Paso 4 - Obtención movimientos sísmicos de diseño

ROCA

SUPERFICIE

SCOEFICIENTE

DE SITIO

ICOEFICIENTE

DE IMPORTANCIA

PERFILDE

SUELO

GRUPOS DE USO

I II III IV

De acuerdo con la importancia para larecuperación con posterioridad al sismo

ACOEFICIENTE

DE ACELERACION a

DE LOS MAPAS

DE ZONIFICACIONSISMICA (Paso 1)

EXPRESADOS COMO:

MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO

(a) un espectro de diseño

TPeríodo de vibración en segundos

S a

(b) una familia de acelerogramas

A t

t (s)

(c) resultados de un estudio de microzonificación


Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural

� Clasificar en uno de los sistemas estructurales permitidos

� Características de disipación de energía en el intervalo inelástico del material


SISTEMAS ESTRUCTURALES DE RESISTENCIA SISMICASISTEMA CARGAS

VERTICALESFUERZAS

HORIZONTALESMUROS DE

CARGA

COMBINADO

PORTICO

DUAL

Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...

V.43

MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL

HORMIGÓN REFORZADO

Diseño basado en fuerzasPaso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...

MADERA

METALES

BAHAREQUE ENCEMENTADO

CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA

� Mínima (DMI)

� Moderada (DMO)

� Especial (DES)


Capacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloinelásticoinelásticoinelásticoinelástico

Capacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloinelásticoinelásticoinelásticoinelástico

Deflexión

Fuerza

Deflexión

Fuerza Deflexión

Fuerza

Fuerza

Deflexión

Fuerza

CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA

DESDESDESDES

DMODMODMODMO

DMIDMIDMIDMI

Deflexión

Fuerza

Deflexión

Fuerza

Deflexión

Fuerza

CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA

DESDESDESDES

DMODMODMODMO

DMIDMIDMIDMI


Uso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructurales

C A P A C ID AD D E Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC AD IS IP A C IO N E N ER G IA B A JA IN TE R M E D IA A LT A

M IN IM A - DM I no noM O D E R A D A - D M O no

E S P EC IA L - D ES

C A P A C ID A D DE Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC AD IS IP A C IO N E N ER G IA B A JA IN TE R M E D IA A LT A

M IN IM A - DM I no noM O D E R A D A - D M O no

E S P EC IA L - D ES


IRREGULARIDAD EN ALZADO

Torsional Salientesexcesivos

Diafragmadiscontinuo

Desplazamientoplano del pórtico

Ejes noparalelos

Variación enla masa

Retrocesosexcesivos

Desplazamientoelementos

Pisodebilflexible

PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS

MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO ELÁSTICOANÁLISIS DINAMICO

O

DEFINICION DEL

φφφφ p

φφφφ a

GRADO DE IRREGULARIDAD

IRREGULARIDAD EN PLANTA

EN PLANTA

GRADO DE IRREGULARIDAD

EN ALZADO

Paso 6: Grado de irregularidad y definición del procedimiento de análisis


DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS

CORTANTE SISMICO EN LA BASE

TPERIODO DEVIBRACION

MASA

CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA

RIGIDEZ

SACELERACIONESPECTRAL

T

Sa


a

MMASA DE LAEDIFICACION

PESO ACABADOS

PESO PROPIO ESTRUCTURA

PESO EQUIPOS PERMANENTES

MASA EDIFICACION

SISMICAS EN LA ALTURA

V = S g Mas

Vs

F i

DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS

CORTANTE SISMICO EN LA BASE

TPERIODO DEVIBRACION

MASA

CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA

RIGIDEZ

SACELERACIONESPECTRAL

T

Sa


a

MMASA DE LAEDIFICACION

PESO ACABADOS

PESO PROPIO ESTRUCTURA

PESO EQUIPOS PERMANENTES

MASA EDIFICACION

SISMICAS EN LA ALTURA

V = S g Mas

Vs

F i

Diseño basado en fuerzasPaso 7 - Obtención de las fuerzas sísmicas de diseño

DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA

LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO

EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE

ANALISIS DEL PASO 3

F ix

Fiy

torsión accidental

fuerzas axiales

momentos flectores

fuerzas cortantes

torsión

δδδδyi

δδδδxipiso i

DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA

LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO

EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE

ANALISIS DEL PASO 3

F ix

Fiy

torsión accidental

fuerzas axiales

momentos flectores

fuerzas cortantes

torsión

δδδδyi

δδδδxipiso i

Diseño basado en fuerzasPaso 8: Análisis Paso 9: Desplazamientos

∆∆∆∆i ≤≤≤≤ h pi0.01

pi1% de la altura del piso (h )

Máxima deriva admisibleDefinición de la deriva

Si la deriva es mayor que la máxima derivaadmisible debe rigidizarse la estructura

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

5

4

3

2

1

h

h

h

h

h

p5

p4

p3

p2

p1

F

F

F

F

F

5

4

3

2

1

La deriva debe incluirlos efectos torsionalesde toda la estructuray el efecto P-Delta

∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1

δδδδ5

para mampostería estructuraleste límite es 0.5% de h pi

∆∆∆∆ i ≤≤≤≤ h pi0.01

pi1% de la altura del piso (h )

Máxima deriva admisibleDefinición de la deriva

Si la deriva es mayor que la máxima derivaadmisible debe rigidizarse la estructura

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

∆∆∆∆

5

4

3

2

1

h

h

h

h

h

p5

p4

p3

p2

p1

F

F

F

F

F

5

4

3

2

1

La deriva debe incluirlos efectos torsionalesde toda la estructuray el efecto P-Delta

∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1

δδδδ5

para mampostería estructuraleste límite es 0.5% de h pi

Diseño basado en fuerzasPaso 10: Verificación de las derivas

Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín

Límites de la Deriva�Estructuras de hormigón o de acero

1.0 % hpiso

�Estructuras de Mampostería

0.5 % hpiso

Diseño basado en fuerzasPaso 10: Verificación de las derivas (Continuación...)

V.53


R =

COMBINADO

MUROS DE CARGA

PORTICO

SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

DUAL

COEFICIENTEDE CAPACIDAD DE DISIPACION

DE ENERGIA

EN ALZADO

EN PLANTA

GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA

MODERADA (DMO)

MINIMA (DMI)

ESPECIAL (DES)

GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACIONR0

DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL

φφφφp

φφφφp

φφφφa

×××× R0×××× φφφφa

φφφφp×××× φφφφa

R =

COMBINADO

MUROS DE CARGA

PORTICO

SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

DUAL

COEFICIENTEDE CAPACIDAD DE DISIPACION

DE ENERGIA

EN ALZADO

EN PLANTA

GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA

MODERADA (DMO)

MINIMA (DMI)

ESPECIAL (DES)

GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACIONR0

DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL

φφφφp

φφφφp

φφφφa

×××× R0×××× φφφφa

φφφφp×××× φφφφa

Paso 11: Obtención de R (Continuación)


V.54


El análisis estructural para las fuerzas sísmicas

de diseño se realiza sin dividir por R

Las derivas se verifican para los

desplazamientos horizontales obtenidos sin

dividir por R

Sólo se divide por R en el momento de diseñar

el elemento

Paso 11: Obtención de R (Continuación...)


V.55


÷÷÷÷ R

FUERZAS SISMICAS INTERNAS OBTENIDAS DEL ANALISIS

FUERZAS INTERNAS INELASTICAS DE DISEÑO

FUERZAS INTERNAS DEBIDAS A CARGAS

MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS

====×××× ( )Coeficiente

de carga

====×××× ( )Coeficientes

de carga

fuerzas mayoradas

+

debidas al sismo

fuerzas mayoradasdebidas a:

carga muertacarga vivaotras solicitaciones

=fuerzas mayoradas

de diseño

COMBINADASSEGUN EL

TITULO B

DEL

REGLAMENTO

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDADDE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI

÷÷÷÷ R

FUERZAS SISMICAS INTERNAS OBTENIDAS DEL ANALISIS

FUERZAS INTERNAS INELASTICAS DE DISEÑO

FUERZAS INTERNAS DEBIDAS A CARGAS

MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS

====×××× ( )Coeficiente

de carga

====×××× ( )Coeficientes

de carga

fuerzas mayoradas

+

debidas al sismo

fuerzas mayoradasdebidas a:

carga muertacarga vivaotras solicitaciones

=fuerzas mayoradas

de diseño

COMBINADASSEGUN EL

TITULO B

DEL

REGLAMENTO

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDADDE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI

DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE ACUERDO CON LOS REQUISITOS DEL MATERIAL ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA EN EL INTERVALO INELÁSTICO APROPIADO: DES, DMO Ó DMI

Paso 12 - Obtención fuerzas de diseño


V.56


Diseño cimentación

F5

F4

F3

F2

F1

F5

F4

F3

F2

F1

estructura

cimentación

suelo


V.57


IVDISEÑO SISMO RESISTENTE

GeneralidadesDuctilidad y sismo resistencia

La energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas

Diseño basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseño de elementos no estructurales

V.58


Diseño por desplazamiento

En la zona del espectro sensible a los desplazamientos, o sea la zona de períodos largos, los desplazamientos totales que se obtienen en la respuesta inelástica, son aproximadamente iguales a los que tendría un sistema elástico con la misma rigidez y sometido al mismo acelerograma. Esta característica se denomina como el principio de las deformaciones iguales.

Desplazamiento

Fuerza

F y

u y uin≅≅≅≅ue

elástico

inelástico

F e

yein uRuu ×=≅

V.59



Este aspecto tiene implicaciones muy importantes en

diseño sísmico, dado que una de las verificaciones que

deben realizarse consiste en comprobar que las

deformaciones de la estructura no sean excesivas, y dado

que la estructura en general se sale del intervalo elástico

de respuesta ante la ocurrencia de los movimientos

sísmicos de diseño, estas deformaciones se deben estimar

en el intervalo inelástico de la manera más precisa

posible.

V.60


Por otro lado, si el daño a elementos estructurales y no

estructurales, está asociado con las deformaciones

inelásticas que se tengan, la rigidez inicial del sistema y su

degradación son parámetros muy importantes en el buen

comportamiento de la estructura.

El problema de estimar las deformaciones en el

intervalo inelástico se vuelve especialmente complejo

cuando se tiene degradación de la rigidez, pues el período

de vibración del sistema cambia durante la respuesta de la

estructura a la excitación sísmica.


V.61



En los trabajos de Shimazaki y Sozen, se encontró que

cuando el período de la estructura era mayor que un valor

característico TC del acelerograma, la energía que entraba al

sistema era constante o disminuía, independientemente de la

resistencia del sistema, Fy.

Además se encontró, que cuando el período del sistema era

mayor que el período característico, T > TC,

independientemente de la resistencia del sistema Fy; el

desplazamiento máximo inelástico um, tendería a ser igual al

del espectro elástico de desplazamientos, confirmando el

principio de desplazamientos iguales.

V.62


Período característico de temblor, Tg

El período característico del temblor se define como el

menor período al cual el espectro de energía, para

ξξξξ = 10 %, deja de aumentar. Este período coincide con el punto donde las aceleraciones aproximadamente

constantes del espectro de aceleraciones termina.

En la respuesta inelástica el desplazamiento alarga el

período, y si el aumento de período aumenta la energía

que entra al sistema, entonces el sistema debe

desplazarse más para poder disipar este aumento de

energía.


V.63


Período característico

0.001

0.010

0.100

1.000

0.01 0.1 1 10

Período, T (s)

Energía

√√√√2E/m(m/s)

El Centro

Miyagi

Santa Barbara

Pacoima Dam


V.64


Período característico

0.001

0.010

0.100

1.000

0.01 0.1 1 10

Período T, (s)

Energía

(m/s)

Castaic

Corralitos NS México EW

Viña del Mar


V.65

√√√√2E/m



Shimazaki y Sozen explican cualitativamente este

fenómeno indicando que la energía que entra al

sistema se mantiene constante cuando el sistema

tiene un período de vibración inicial mayor que TC,

pues la degradación de la rigidez alarga este

período y entonces no se presenta un aumento en

la energía que entra al sistema y no la hay

suficiente para producir un aumento de la

deformación inelástica.

V.66


Por otro lado, si el sistema tiene un período de

vibración T < TC, un aumento en el período del

sistema causado por la degradación de rigidez,

conduce a un aumento de la energía que entra al

sistema y entonces se presenta una deformación

inelástica máxima mayor que la máxima elástica.


V.67



Otro aspecto muy importante encontrado en estos

estudios consistió en identificar que bajo ciertas

condiciones del período de la estructura y su resistencia

en la base, para períodos iniciales del sistema T < TC,

también las deformaciones inelásticas se mantenían

iguales o menores que las elásticas. La condición anterior

fue formulada por Shimazaki y Sozen de la siguiente

manera para sistemas estructurales cuya respuesta

histerética es similar a la de elementos de hormigón

reforzado:

es válida si:

RD ≤≤≤≤ 1 0.

RR RT++++ ≥≥≥≥ 1 0.V.68


Diseño por desplazamientos

es válida si:

donde:

(Relación de desplazamientos)

(Relación de resistencias)

(Relación de períodos)

RR RT++++ ≥≥≥≥ 1 0.

RD ≤≤≤≤ 1 0.

e

in

u

uRD =

e

y

F

FRR =

C

ef

T

TRT =

V.69


Diseño por desplazamientos

Ahora bien, el periodo efectivo, Tef, es el periodo resultante después de la degradación de la rigidez, que para el final del intervalo inelástico podría alcanzar el 50 % de la original. De tal manera, el periodo efectivo puede estimarse así:

m

kT

ef

ef5.0

22 πωπ==

V.70

ωππ 2

5.0

12

5.0

1==

m

kTef

2

2

1

1

5.0

1TTTTef ===



Entonces, si la siguiente relación se cumple, los desplazamientos inelásticos son iguales, o menores, que los elásticos.

T = período original de la estructura

TC = período característico del sismo

Vy = corte basal resistente de la estructura

Ve = corte basal solicitado elásticamente

1.0V

V

T

2T

e

y

C

≥+⋅

V.71


1. Definir el sismo de diseño en términos de una aceleración máxima del terreno, Ate, y un período

característico, TC.

2. Definir la deriva aceptable para la edificación, en función de su contenido y uso, poniendo especial

atención a las derivas admisible para los elementos no

estructurales.

3. Dimensionar la estructura para las cargas verticales que la afectan, utilizando secciones para los elementos

estructurales dentro de los limites tradicionales en el

lugar.

Diseño por desplazamientoProcedimiento

V.72


4. Calcular dinámicamente el período fundamental, T, de laedificación, empleando inercias no fisuradas, y luego

convertirlo en período efectivo Tef, por medio de

5. Calcular la deriva promedio de edificio ∆m, que puede

estimarse como el desplazamiento total medido en la

cubierta, dividido por la altura de la cubierta con respecto

al nivel del suelo:

2TTef =


V.73

cub

cubm

h

∆=∆


Ahora bien, la respuesta de la estructura, a la altura de la cubierta, puede estimarse con base en la respuesta de un SUGDL equivalente. Así, la respuesta espectral de un SUGDL será:

2ωSUGDL

SUGDL

A=∆


V.74

A su vez,

gAFA aaSUGDL ⋅⋅=



V.75

Por lo tanto:

222 42 ππωTgAF

T

gAFgAF aaaaaaSUGDL

⋅⋅⋅=

⋅⋅=

⋅⋅=∆

La respuesta de la estructura será proporcional a la del SUGDL, así que:

SUGDLCub ∆=∆ γ



V.76

Pero la respuesta buscada es la de la rigidez degradada:

Y la deriva promedio será:

22 4

2

4 πγ

πγ

⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅⋅=∆

TgAFTgAF aaefaaCub

222 πγ

TgAF aaCub

⋅⋅⋅=∆

Cub

aam

h

TgAF 1

22 2⋅

⋅⋅⋅=∆

πγ

En general, la deriva máxima puede estimarse como:

mmáx ∆=∆ 5.1


6. Verificar si ∆máx cumple la deriva aceptable propuesta en el

paso 2.

7. Calcular las áreas de refuerzo de los elementos con base en las cargas verticales y las fuerzas de viento, de acuerdo con el

Código aplicable, y cumpliendo sus mínimos.


V.77


8. Calcular el corte basal resistente de la estructura utilizando análisis límite y verificando que cumple la expresión:

9. Despiezar la estructura de tal manera que se eviten fallas frágiles a los niveles de deriva prescritos (cortante,

adherencia, aplastamiento por falta de confinamiento, etc.).

La estructura disipa energía en flexión, por lo tanto la

resistencia a cortante debe ser mayor que el cortante que se

desarrolla al presentarse las articulaciones plásticas en los

extremos de los elementos.

61

αα ≥

−⋅=

C

efy

T

TC


V.78


El procedimiento de diseño consiste en validar los

desplazamientos que se obtienen, sin que lo primordial sea

la resistencia de la estructura.

En un extremo el procedimiento indica, que una estructura

adecuadamente detallada por efectos de confinamiento y

de resistencia al corte por plastificación, puede diseñarse

solo para carga vertical, siempre y cuando sus

desplazamientos estén dentro de niveles tolerables de

deformación y se cumpla un corte basal resistente mínimo.


V.79


VDISEÑO SISMO RESISTENTE

GeneralidadesDuctilidad y sismo resistencia

La energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas

Diseño basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseño de elementos no estructurales

V.80


Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002

V.81


Reseña histórica

V.82

�Hasta los 30s: � Normas europeas y estadounidenses (Requisitos del Joint Committee onReinforced Concrete, Antecesor del ACI 318).

�Después de los 30s:� Currículo académico basado en textos estadounidenses, es decir, en el ACI 318.


V.83

Reseña histórica

�1974 - Traducción del SEAOC.

�1977 -� Traducción autorizada del ACI 318-77.

� Comité para código de edificaciones de hormigón (ICONTEC).

�1979 - Traducción del ATC 3-06.


V.84

Reseña histórica

�1983 –� ICONTEC publica la norma NTC 2000 (Basada en el ACI 318-77).

� Un fuerte temblor afecta Popayán.

� La presidencia ordena la elaboración de un código obligatorio para construcción.

� Norma AIS 100-83• (Basada en AIS 100-81).


V.85

Reseña histórica

�1984 – 7 de junio: Promulgación del Decreto Ley 1400 que adopta el Código Colombiano de Construcciones Sismo

Resistentes, basado en:� Norma AIS 100-83 (AIS)

� NTC 2000 (ICONTEC)

� Código de construcciones metálicas (FEDESTRUCTURAS)


V.86

Reseña histórica

�1993 – 1997 - AIS 100-97 (AIS)

�1997 –� Proyecto de Ley de los Ministerios del Interior, Desarrollo (Viceministerio de vivienda), Minas (Ingeominas) y Transporte.

� 19 de agosto: Ley 400

� Crea la Comisión Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes


V.87

Reseña histórica

�1998 a 2002 –� Decreto 33 del 9 de enero de 1998.

• Reglamento de la Ley 400 de 1997: Promulgación delas NSR-98.

� Decreto 34 del 8 de enero de 1999.

� Decreto 2809 del 29 de diciembre de 2000.

� Decreto 52 del 18 de enero de 2002.


V.88

Reseña histórica

�NSR-98 VS CCCSR-84 –� Modificaciones al reglamento:

• Decretos reglamentarios.

� Cinco nuevos títulos:• G: Estructuras de madera.• H: Estudios geotécnicos.• I: Supervisión técnica.• J: Protección contra el fuego.• K: Aspectos complementarios.

� Reducción del límite de la deriva: 1%

� Sistema internacional de unidades.


¿ Por qué actualizar ?

V.89

�Actualización de las normas base (ACI, AISC, etc.).

�Enmiendas y complementos.�Lecciones de sismos y otros eventos.�Estado del arte relevante:

� Nuevas metodologías.� Desarrollo e investigación nacional e internacional.


¿ Quiénes participan ?� Ministerios de Transporte , Desarrollo e

Interior� Dirección Nacional para la Prevención y

Atención de Desastres� Instituto de Investigaciones en

Geociencias, Minería y Química -INGEOMINAS

� Superintendencia Bancaria� Departamento Administrativo de

Planeación Distrital de Bogotá D. C.� Sociedad Colombiana de Ingenieros - SCI� Sociedades Regionales de la Sociedad

Colombiana de Ingenieros� Sociedad Colombiana de Arquitectos -

SCA� Asociación Colombiana de Ingeniería

Estructural- ACIES� Asociación de Ingenieros Estructurales de

Antioquia� Sociedad Colombiana de Geotécnia� Seccional Colombiana del American

Concrete Institute - ACI� Camacol Nacional� Camacol Seccionales Antioquia,

Cundinamarca y Valle

� Instituto Colombiano de Normas Técnicas -

ICONTEC� Instituto Colombiano de

Productores de Cemento - ICPC

� Asociación Colombiana de Productor de

Concreto - ASOCRETO� Acerías Paz del Río� Universidad de los Andes� Universidad Javeriana� Universidad Nacional Bogotá� Universidad Nacional Medellín� Universidad Nacional Manizales� Universidad del Cauca� Universidad Industrial de Santander� Universidad del Quindío� Universidad del Valle� Universidad Eafit - Medellín� y más de 500 profesionales dentro

de los que se cuentan ingenieros, arquitectos y abogados.

V.90


ESQUEMA JURÍDICO

V.91

META LEY(Obligatorio)


ESQUEMA JURÍDICO

V.92


Reglamentación(Obligatorio)

Criterios de desempeño

Requisitos de

desempeño

META


ESQUEMA JURÍDICO




Requisitos de

desempeño

META

Verificación�Métodos�Procedimientos

Soluciones satisfactorias


Requisitos de

desempeño

META

Guías y Manuales(Opcional)


ESQUEMA JURÍDICO

Verificación�Métodos�Procedimientos

Soluciones satisfactorias


Requisitos de

desempeño

META

DISEÑO

VERIF.

Normas(Opcional)


LEY(Obligatorio)


BASE CONCEPTUAL

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Básico AlternativoTENSIONES ADMISIBLES

Evolución de los métodos de diseño


BASE CONCEPTUAL

BásicoSEGURIDAD ESTADOS LÍMITE

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Básico Alternativo

SEGURIDAD

TENSIONES ADMISIBLES



BASE CONCEPTUAL

RESTAURABILIDADDISEÑO PLÁSTICO

BásicoSEGURIDAD ESTADOS LÍMITE

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Básico Alternativo

SEGURIDAD




BASE CONCEPTUAL

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Básico Alternativo

BásicoSEGURIDAD

RESTAURABILIDAD

FUNCIONALIDAD, DURABILIDADY SOSTENIBILIDAD


ESTADOS LÍMITE

DISEÑO PLÁSTICO

DESEMPEÑO



CÓDIGOSCódigos actuales:

�Guías simples determinísticas

�Criterios basados en experiencia

�Pobre clasificación ambiental

Relación desempeño/vida útil: Implícita

(~ 50 años)


Codificación basada en desempeño:�Modelos de degradación

�Parámetros de materiales

�Acciones ambientales detalladas

�Cuantificación estadística

�Selección de vida útil

CÓDIGOS

Relación desempeño/vida útil: Explícita

Análisis de falla estadístico


¿Simplificación?�Concepción

� Especificaciones basadas en complejidad estructural.

� Mayoría de edificaciones no complejas.

CÓDIGOS

�Procedimientos de diseño� Construcción cronológica

� Organización confusa

� Metodología pobremente definidas

Edificios altos

Edificios bajos

Puentes de gran luz

Viento Sismo

101.00.10.010.001FRECUENCIA, Hz


Ley 400 de 1997

� Título I - Objeto y Alcance

� Título II - Definiciones

� Título III - Diseño y Construcción• Responsabilidades

• Otros materiales y métodos alternos de diseño y construcción

� Título IV - Revisión de los diseños

� Título V - Supervisión técnica de la construcción

� Título VI - Profesionales• Calidades y requisitos

• Diseñadores

• Revisores de diseños

• Directores de construcción

• Supervisores técnicos

V.102


Ley 400 de 1997

�Título VII - Comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes

�Título VIII - Potestad reglamentaria• Decretos reglamentarios

• Alcance y temario técnico y científico

�Título IX - Responsabilidades y Sanciones

�Título X - Disposiciones finales

V.103


CONTENIDO DE LA NSR-98TITULO TEMA OBSERVACIONES

A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO YCONSTRUCCION SISMO RESISTENTE

Actualizado

B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS ActualizadoF ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERA NuevoH ESTUDIOS GEOTECNICOS NuevoI SUPERVISION TECNICA NuevoJ REQUISITOS PARA FUEGO NuevoK OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS Nuevo

V.104


CONTENIDO DE LA NSR-09TITULO TEMA OBSERVACIONES

A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO YCONSTRUCCION SISMO RESISTENTE

Actualizado

B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS ActualizadoF ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERAH ESTUDIOS GEOTECNICOSI SUPERVISION TECNICAJ REQUISITOS PARA FUEGOK OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS

V.105

ActualizadoActualizadoActualizadoActualizadoActualizado


REQUISISTOS

SISMICOS

V.106


Sistema de Unidades

V.107


TITULO A

REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y CONSTRUCCION

SISMO RESISTENTE

V.108


TITULO A

� A.1 - Introducción

� A.2 - Zonas de Amenaza Sísmica y

Movimientos Sísmicos de Diseño

� A.3 - Requisitos Generales de Diseño

Sismo Resistente

� A.4 - Método de la Fuerza Horizontal

Equivalente

� A.5 - Método del Análisis Dinámico

� A.6 - Requisitos de la Deriva

� A.7 - Interacción Suelo-Estructura

V.109


TITULO A

� A.8 - Efectos Sísmicos Sobre Elementos que No

Hacen Parte del Sistema de Resistencia

Sísmica

� A.9 - Elementos No Estructurales

� A.10 - Edificaciones Construidas Antes de la

Vigencia de la Presente Versión del Reglamento

� A.11 - Instrumentación Sísmica

� A.12 - Requisitos Especiales para Edificaciones

Indispensables del Grupo de Uso IV

� A.13 - Definiciones y Nomenclatura

V.110


TITULO A

� Apéndice A-1 - Recomendaciones Sísmicas para

Algunas Estructuras que se Salen del Alcance del

Reglamento

� Apéndice A-2 - Recomendaciones para el Cálculo de

los Efectos de Interacción Dinámica Suelo-Estructura

� Apéndice A-3 - Procedimiento Alterno para la

Definición de los Efectos Locales

� Apéndice A-4 - Valores de Aa y Ad y Definición de la

Zona de Amenaza Sísmica de los Municipios

Colombianos

V.111


¿ QUÉ HAY EN EL TÍTULO A ?

V.112


CAPITULO A.1INTRODUCCIÓN

�Defensa de la vida y de la propiedad

�Se aclara el procedimiento de diseño

�Se amplían el uso de materiales y métodos

alternos de diseño y construcción

�Se definen los requisitos para presentación

de planos y memorias

�Se definen la idoneidad requerida de

supervisores técnicos, diseñadores y

revisores de diseños. V.113


PROPÓSITO DE LAS NORMAS

�El Reglamento establece criterios para la construcción y

diseño de edificaciones que:

� puedan verse sometidas a fuerzas sísmicas y otras fuerzas

impuestas por la naturaleza o su uso, con el fin de reducir a

un mínimo el riesgo de la pérdida de la vida.

� da requisitos adicionales para que ciertas edificaciones

indispensables para la recuperación posterior a un sismo

puedan seguir funcionando después de su ocurrencia.

� además establece procedimientos para defender, en alguna

medida, el patrimonio del Estado y de los ciudadanos.

V.114


PROPÓSITO DE LAS NORMAS

Una edificación diseñada siguiendo los requisitos de este Reglamento debe ser capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso, temblores pequeños sin daño, temblores moderados sin daño estructural,

pero posiblemente, con algún daño en

elementos no estructurales, y un temblor fuerte

sin colapso o pérdida de vidas humanas.

V.115


ALCANCE DEL REGLAMENTO

El Reglamento contiene los

requisitos mínimos

para el diseño y construcción de edificaciones nuevas

V.116



� Da los requisitos para la adición, modificación y remodelación del sistema estructural de edificaciones construidas antes de la vigencia de la

presente versión del Reglamento.

� Establece requisitos especiales para el diseño y construcción sismo resistente de edificaciones

indispensables para la recuperación de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia de un sismo.

V.117



No cubre el diseño y construcción de estructuras especiales tales como puentes, torres de transmisión, torres y equipos industriales, muelles, estructuras hidráulicas y todas aquellas estructuras cuyo comportamiento dinámico difiera del de edificaciones convencionales o no estén cubiertas dentro de las limitaciones de cada uno de los materiales estructurales prescritos dentro de este Reglamento.

V.118


PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

GENERAL - La estructura de las edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento debe diseñarse para que tenga resistencia y

rigidez adecuadas ante las cargas mínimas de

diseño prescritas y debe, además, verificarse que dispone de rigidez adecuada para limitar

la deformabilidad ante las cargas de servicio, de tal manera que no se vea afectado el funcionamiento de la edificación.

V.119



CASAS DE UNO Y DOS PISOS

Las edificaciones de uno y dos pisos deben diseñarse de acuerdo con los Capítulos A.1 a A.13 de este Reglamento. Las casas de uno y dos pisos del grupo de uso I, que no formen parte de programas de más de quince unidades de vivienda ni tengan más de 3 000 m² de área en conjunto, pueden diseñarse alternativamente de acuerdo con los requisitos del Título E de este Reglamento.

V.120



CONSIDERACIONES ESPECIALES

En toda edificación del grupo de uso I, que tenga más de 3000 m² de área en conjunto, o más de quince unidades de vivienda, y en todas las edificaciones de los grupos de usos II, III y IV, deben considerarse los siguientes aspectos especiales en su diseño y construcción:

V.121


PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CONSIDERACIONES ESPECIALES

(a) influencia del tipo de suelo en la respuesta sísmica de las edificaciones,

(b) potencial de licuación del suelo en el lugar,

(c) posibilidad de falla de taludes debida al sismo,

(d) comportamiento en grupo del conjunto ante solicitaciones sísmicas,

eólicas y térmicas de acuerdo con las juntas que tenga el proyecto,

(e) especificaciones complementarias acerca de la calidad de los

materiales a utilizar y del alcance de los ensayos de comprobación

técnica de la calidad real de estos materiales,

(f) verificación de la concepción estructural de la edificación desde el

punto de vista de cargas verticales y fuerzas horizontales, y

(g) obligatoriedad de una supervisión técnica, profesionalmente calificada,

de la construcción.

V.122


CAPITULO A.2ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y


� Mapas de Amenaza Sísmica

� Parámetro Av (No se considera Aa)

� Perfiles de suelo S1 a S4

� Opción de definir S en función de SPT, vs y su

� Grupos de uso I a IV

� Valor mínimo en el Espectro de Diseño

� Se permite el uso de familias de acelerogramas

� Requisitos para estudios de microzonificación

V.123


¡VALOR MÍNIMO DEL ESPECTRO!

¡ CUIDADO CON LOS PROGRAMAS DE COMPUTADOR !

V.124


CAPITULO A.3REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO SISMO

RESISTENTE

� Cuatro sistema estructurales, incluyendo el Combinado

� Requisitos para combinación de sistemas estructurales (en

altura y en planta)

� Restricciones especiales para edificaciones irregulares

� Se aceptan métodos inelásticos de análisis

� Se define la rigidez para utilizar en el análisis

� Aclaración de los efectos ortogonales

� Requisitos de torsión en el piso

� Requisitos para los diafragmas de piso

� Tablas de sistemas estructurales, indicando zona de amenaza

donde se permiten, valor de R y altura máxima.V.125


CAPITULO A.4MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL

EQUIVALENTE

�Ecuaciones para el cálculo del

Período Fundamental Aproximado Ta

�Requisitos mínimos que debe cumplir

el análisis estructural en el uso del

Método de la Fuerza Horizontal

Equivalente

V.126


Cálculo del Período

( )

( )∑

∑

=

==n

i

ii

n

i

ii

fg

w

T

1

1

2

2

δ

δπ

V.127


Cálculo del Período

Ct= 0.08 para pórticos de concreto

Ct= 0.09 para pórticos de acero estructural.

Ct= 0.05 para los otros tipos

43

nta hCT =

V.128


Cálculo del PeríodoMuros de Concreto o de Mampostería

CA

t

c

====0 075.

A AD

hc e

e

n

==== ++++

∑∑∑∑ 0 2

2

.

V.129


CAPITULO A.5MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO

� Análisis Modal a Análisis Dinámico

� Se definen los modelos matemáticos que pueden utilizarse

� Número de modos de vibración que deben emplearse en el

análisis modal

� Se permiten métodos dinámicos inelásticos

� Requisitos mínimos que debe cumplir el análisis

estructural dinámico

V.130


CAPITULO A.6REQUISITOS DE LA DERIVA

�Límites de deriva dependientes del material

estructural

�La deriva debe incluir los efectos de torsión

de toda la estructura

�La deriva debe incluir los efectos P-Delta

�Requisitos para separación entre

estructuras adyacentes

V.131


Cálculo de la Deriva

δδδδ δδδδ δδδδ δδδδtot j cm j t j pd j, , , ,==== ++++ ++++

∆∆∆∆max , ,

i

tot j

i

tot j

i

j

==== −−−−

−−−−

====∑∑∑∑ δδδδ δδδδ 1

2

1

2

V.132


Cálculo de la Deriva

Piso i

Piso i-1

∆∆∆∆max

i

i −−−−δδδδ

1

tot,x

iδδδδtot,x


1

tot,y

iδδδδtot,y


1

tot,y


1

tot,x

i itot,y−−−−

−−−−δδδδ δδδδ1

tot,y

i itot,x−−−−

−−−−δδδδ δδδδ1

tot,x

V.133


Límites de la Deriva

�Estructuras de hormigón o de acero

1.0% hpiso

�Estructuras de Mampostería

0.50% hpisoV.134


CAPITULO A.7INTERACCION DINAMICA SUELO-ESTRUCTURA

�Se dan los principios generales de

Interacción suelo-estructura y se insiste en

el criterio del ingeniero

�Se dan requisitos acerca de la información

geotécnica requerida

�En el Apéndice A-2 se incluye la

metodología que traía el ATC-3

V.135


CAPITULO A.8 EFECTOS SISMICOS SOBRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE NO HACEN PARTE DEL SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

�Efectos sísmicos sobre: escaleras, rampas,

tanques, elementos de cubierta, elementos

secundarios de las losas, apoyos de equipos,

etc.

�Se definen las fuerzas sísmicas de diseño

para estos elementos

V.136


CAPITULO A.9 ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

� Requisitos sísmicos para elementos de:

• (a) acabados y elementos arquitectónicos y decorativos

• (b) instalaciones hidráulicas y sanitarias

• (c) instalaciones eléctricas

• (d) equipos mecánicos e instalaciones

especiales

� Se define el grado de desempeño mínimo

� Se define quién es el diseñador responsable

� Se definen los criterios de diseño

V.137


�Basados en la Norma AIS 150

�Requisitos para adiciones,

modificaciones y remodelaciones

�Análisis de vulnerabilidad sísmica

CAPITULO A.10EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE LA VIGENCIA DE LA

PRESENTE VERSION DEL REGLAMENTO

V.138


CAPITULO A.11 INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA

�Se define el tipo de instrumento

�Se define en que tipo de edificación se

deben colocar en las diferentes zonas

de amenaza sísmica

�Se define quién corre con qué gastos

V.139


CAPITULO A.12 REQUISITOS ESPECIALES PARA EDIFICACIONES

INDISPENSABLES DEL GRUPO DE USO IV

� Cubre edificaciones cuya operación no puede

desplazarse a otro lugar (hospitales, centrales de

comunicación, etc.)

� Define los movimientos sísmicos para el Umbral de

Daño

� Requiere que la edificación permanezca en el

intervalo elástico para los movimientos sísmicos

del umbral de daño

� Requisitos de deriva para el umbral de daño

V.140


CAPITULO A.13DEFINICIONES Y NOMENCLATURA DEL

TITULO A

V.141


IRREGULARIDAD TORSIONALusar φp = 0.9

∆∆∆∆∆∆∆∆ ∆∆∆∆

11 21 22

>>>>++++

.

1

2

∆∆∆∆

∆∆∆∆

V.142


RETROCESOS EN LAS ESQUINASusar φp = 0.9

A B o C D>>>> >>>>0 15 0 15. .

AB CD

V.143


IRREGULARIDAD DEL DIAFRAGMAusar φp = 0.9

C D A B×××× >>>> ××××0 5. (((( ))))C D C E A B×××× ++++ ×××× >>>> ××××0 5.

AB

CDA

B

C

D

E

V.144


DESPLAZAMIENTO DEL PLANO DE ACCIÓN

usar φp = 0.8

Desplazamientoplano de acción

Dirección bajoestudio

V.145


SISTEMAS NO PARALELOSusar φp = 0.9

PLANTA

Sistemas no paralelos

V.146


A

B

C

D

E

F

PISO FLEXIBLEusar φa = 0.91

(((( ))))

K K

o

KK K K

C D

CD E F

<<<<

<<<<++++ ++++

0 70

0 803

.

.

V.147


CAMBIO EN LA DISTRIBUCIÓN DE MASAS

usar φa = 0.9

A

B

C

D

E

F

w w

o

w w

D E

D C

>>>>

>>>>

1 50

1 50

.

.

V.148


IRREGULARIDAD GEOMÉTRICAusar φa = 0.9

A

B

C

D

E

F

a

b

a b>>>>1 30.

V.149


DESPLAZAMIENTO DENTRODEL PLANO DE ACCIÓN

usar φa = 0.8

A

B

C

D

E

F

a

bb a>>>>

V.150


PISO DÉBILusar φa = 0.8

A

B

C

D

E

F

Resist R esistB C<<<< 0 70.

V.151


TORSION DE TODA LA ESTRUCTURA

V.152


TORSION ACCIDENTAL

centromasa

a

b

0.10 a

Fy

PLANTA V.153


GRUPOS DE USO

�Grupo IV - Instalaciones Indispensables

�Grupo III - Edif. de Atención a la Comunidad

�Grupo II - Estructuras de Ocupación Especial

�Grupo I - Las otras

V.154


ESPECTRO DE DISEÑO

Período (seg)0

SAS

I

Ta

a====12 23.

T

(g)Sa

T,

S A Ia a====25.

S A Ia a====0.5

LTC

S==== 2.423

TL

0.30 seg

Para análisis dinámico, solomodos diferentes al fundamentalen cada dirección principal en planta

S A Ia a====

Este espectro está definido paraun coeficiente de amortiguamientoigual al 5 por ciento del crítico

Nota:

S==== 0.4823

TCV.155


ESPECTRO DEL UMBRAL DE DAÑO

.0

Período (seg)

(g)

0

SAS

I

Tad

d====1.5

Sad

T,

S A Iad d====3

Td

S==== 0.50Td

0.25

S A Iad d====

Este espectro está definido paraun coeficiente de amortiguamientoigual al 2 por ciento del crítico

Nota:

V.156


ConstrucciConstrucciConstrucciConstruccióóóón y Supervisin y Supervisin y Supervisin y Supervisióóóón Tn Tn Tn Téééécnicacnicacnicacnica

V.157


¿ QUE INDICARON LOS TEMBLORES RECIENTES ?

�Buen comportamiento estructural de

las edificaciones contruídas de

acuerdo con el Decreto 1400/84

�Mal comportamiento de los elementos

no estructurales de las edificaciones

contruídas de acuerdo con el Decreto

1400/84

V.158


¿ QUÉ HAY NECESIDAD DE CAMBIAR EN LA PRÁCTICA CONSTRUCTIVA ACTUAL ?

�Estructuras más rígidas ante

cargas laterales

�Edificaciones con acabados que se

comporten mejor ante los sismos

�Edificaciones menos irregulares

V.159


¿ QUÉ ES PRIORITARIO ?

�Cambio a edificaciones con mayor

cantidad de muros estructurales

�Nuevos tipos de acabados menos

frágiles

�Nuevos sistemas de construcción

de fachadas

V.160


EL RETOEl reto es para:

� los arquitectos - involucrandose en el problemasísmico, diseñando edificaciones y acabados menosvulnerables sísmicamente,

� los ingenieros - buscando soluciones estructurales másrígidas y seguras,

� los constructores y los supervisores técnicos -propugnando una mejor calidad de los acabados y dela estructura, y

� los fabricantes de materiales - introduciendo almercado materiales menos frágiles y de mejorcomportamiento sísmico.

V.161


Continúa en el archivoNO ESTRUCTURALES.PPT

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