Diapositiva sobre diseño sismorresistente

7/29/2019 Diapositiva sobre diseo sismorresistente

1/162

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

VDISEO SISMO RESISTENTE

Generalidades

Ductilidad y sismo resistenciaLa energa y la sismo resistenciaDisminucin de la demanda

Aumento del amortiguamientoDiseo basado en fuerzas

Diseo basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98

Diseo de elementos no estructurales V.10

Curso vaen la 1


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Si un ingeniero civil ha deadquirir una experiencia

provechosa en un brevelapso, expngasele losconceptos de la ingenierassmica; no importa quedespus vaya a trabajar enun lugar donde no tiemble.

N.M.NewmarkE. Rosenblueth

V.2


3/162


CRITERIOS DE DISEO

Variables determinsticas

Incertidumbre pequea

Fallas evitablesVariables aleatorias

Grandes incertidumbres

Posibilidades de falla

V.3


4/162


CRITERIOS DE DISEO

Cada vez que un sismo, an conintensidad moderada, sacude un centro

urbano, se ponen de manifiesto todoslos errores cometidos durante el diseoy la construccin.

V.4


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IVDISEO SISMO RESISTENTE

Generalidades


Aumento del amortiguamientoDiseo basado en fuerzas

Diseo basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98



6/162


Ductilidad y sismo-resistenciaDuctilidad

Es la habilidad que un material posee para deformarseplsticamente, es decir, la relacin entre la deformacinltima y la deformacin en el punto de cedenciaTenacidad

Es la cantidad de energa que un material absorbe antesde fallar.

Deformacin

rea bajo la

curva es latenacidadrea bajo el

tramo elstico esuna medida de laresistencia

Ductilidad

V.6

Tensin fy

y u


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Ductilidad y sismo-resistencia(Continuacin...)

Absorcin y disipacin de energa

Para ilustrar la diferencia entre stos dos trminos sepresenta en la siguiente figura la respuesta de dos materialescon comportamiento de deformacin similar, pero conrecuperaciones diferentes bajo descarga.

Tens

in

fy

y uDeformacin

MaterialII

MaterialI

V.7


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Diseo elstico vs. Respuesta inelstica

No es econmicamente viable disear una estructura conbase en fuerzas calculadas con un espectro de respuestaelstico. Si el edificio puede deformarse plsticamente,puede utilizarse fuerzas menores a las elsticas para el

diseo.Mientras mayor sea la incertidumbre en la magnitud del

sismo esperado, en las propiedades de los materiales y delsuelo, mayor deber ser la energa disipada.

Aunque es conveniente que una estructura sufradeformaciones plsticas durante eventos ssmicos severosde baja recurrencia, stas deben controlarse para evitar el

colapso o cualquier efecto que ponga en peligro la vida.


V.8


9/162


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

deformacin ltima y la deformacin en el punto defluencia. Sin embargo, su caracterizacin no es tan sencillacomo en un ensayo simple de traccin directa.

En una estructura, las deformaciones pueden serdesplazamientos de un elemento, desplazamientos relativosentre pisos, rotaciones, curvaturas, etc. Los valoresnumricos de la ductilidad expresada con base en diferentes

tipo de deformacin no son los mismos, por lo que essumamente importante especificar qu tipo de ductilidad seest trabajando en cada caso.


V.9


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Especificacin de los factores de ductilidad

Si el comportamiento de un material es perfectamenteelasto-plstico, la ductilidad no slo define la deformacinmxima, sino que define tambin la energa disipada. Sinembargo, en la realidad los materiales no tienen

comportamiento ideal.

RealIdeal

F

La estructura real notiene un punto defluencia definido.


V.10


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Existen muchas propuestas para la definicin del puntode fluencia. Entre otros, pueden citarse: deformacin correspondiente a la formacin de la primerartula plstica

deformacin al momento del colapso incipiente (estructuraperfectamente elstica) punto de fluencia de una estructura elasto-plstica que

absorbe la misma energa que la real.


V.11

Cuando hay deformaciones cclicas el problema se complica


12/162


Los factores de ductilidad se dividen en trminos de ductilidadglobaly ductilidad local.

Ductilidad Global

Se basa generalmente en la medida del desplazamiento lateral de laestructura


F

Elstica

Elasto-plsticam sum &&

V.12


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Ductilidad Local

Existen diversos mtodos analticos para determinar laductilidad demandada de una estructura. Idealmente, elingeniero debera poder detallar su estructura proveyndolacon la ductilidad requerida. Sin embargo, las

incertidumbres generadas por los modelos matemticossimplificados hacen que siempre deba proveerse con mayorductilidad que la demandada.

El suministro de ductilidad global lateral en un edificio

puede lograrse localizando secciones determinadas, enalgunos elementos, que desarrollen grandes deformacionesinelsticas


V.13


14/162


La ductilidad local requerida de los elementos puede

exceder significativamente la ductilidad global.Los puntos crticos se escogen garantizando que lafluencia en ellos no ocasione el colapso de la estructura


V.14


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Generalidades


Aumento del amortiguamiento

Diseo basado en fuerzasDiseo basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98



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Tradicionalmente, el factor de ductilidad asociado al

desplazamiento se ha utilizado como criterio para establecerel espectro de respuesta inelstica para el diseo sismoresistente de edificios. De all, la resistencia mnimarequerida (capacidad de resistir fuerzas laterales) en un

edificio se estima con base en ese espectro.

Desde 1956, Housner propuso un procedimientoalternativo basado en el uso de la energa. Se utiliz unpoco en la dcada de los aos 60, pero slo a partir de 1985ha llamado de nuevo la atencin de los investigadores.

La energa y la sismo-resistencia

V.16


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La energa y la sismo-resistencia(Continuacin...)

Demanda

El mtodo se basa en la premisa de que es posiblepredecir la demanda de energa durante un sismo, as comoes posible establecer la provisin de energa de unelemento, o de un sistema estructural.

La energa de entrada de un sistema puede expresarsecomo:

suelodelentodesplazami:u

pisosimo-nalasociadamasa:

demandadaenerga:

:donde

S

1

i

L

s

n

i

TiiL

m

E

duumE

=

=

&& Energa demandada

V.17


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La energa y la sismo-resistencia(Continuacin...)Provisin

La provisin puede considerarse compuesta por la energa elstica

almacenada, EE, ms la energa disipada, ED.EE est compuesta, a su vez, por EK, energa cintica, y E, energa

de deformacin elstica.

Por su parte, la energa disipada consta tambin de dos partes, la

energa de amortiguamiento, EA, y la energa histertica, EH.

2

2

TK

umE

&=

= kuduE

= duucEA &

= dufE rH V.18


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La energa y la sismo-resistencia(Continuacin...)

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

Para ello, puede incrementarse la energa disipadamediante el aumento de EA, el aumento de EH, o el aumento

simultneo de ambos. Lo ms comn es aumentar EHmediante la entrada al intervalo plstico (comportamientoinelstico), pero esto representa usualmente un alto nivel dedaos.

Existen dos alternativas:disminuir la demanda, o

aumentar el amortiguamiento

V.19


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Generalidades






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Disminucin de la demanda de energaControl Pasivo

Recientemente, se ha reconocido laposibilidad de disminuir la demandamediante la incorporacin de mecanismos deabsorcin de energa. A esto se le llamacontrol pasivo. El aislamiento basal y el

amortiguador de masa sintonizada,AMS*, ylos amortiguadores mecnicos, son ejemplosde control pasivo.

* En la literatura en ingls se les llama Tuned Mass Damper, TMD V.21


22/162


Disminucin de la demanda de energaEl AMS consiste en un bloque rgido, con

aproximadamente el 1 % de la masa total dela estructura, que se coloca en la partesuperior de la edificacin, conectado a travsde resortes y amortiguadores y con dosgrados de libertad en direcciones

ortogonales, en el plano horizontal. Estetipo de accin pasiva funciona bien paraviento.

V.22


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PlomoCubierta de caucho

Pletinas de acero

Pletinas de refuerzo(acero)

Capas internas

de caucho

Disminucin de la demanda de energa

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 energa ssmica,

disminuyendo as el desplazamiento relativo entre los diferentes

elementos estructurales.

Aislamiento basal

V.23


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Disminucin de la demanda de energaAislamiento basal

Su utilizacin

en edificios es anrestringida debido

a los costos y a las

incertidumbres

existentes con

relacin a su

comportamiento.

En puentes, sin

embargo, se

utilizan confrecuencia algunos

mtodos de

aislamiento basalSeccin de aislador

para edificios

V.24


25/162


Disminucin de la demanda de energaMecanismo 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

V.25


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Disminucin de la demanda de energaControl ActivoEl control activo reduce las vibraciones en una estructura

incorporndole mecanismos actuadores alimentados por unafuente de energa exterior, capaces de ejercerfuerzas decontrol. Estos aparatos, controlados por computador,tienen la ventaja de adaptarse a las caractersticas de la

excitacin.

CONTROLADOR SISTEMACONSIGNA CONTROL SALIDA

PERTURBACIN

V.26


27/162



GeneralidadesDuctilidad y sismo resistencia

La energa y la sismo resistenciaDisminucin de la demanda





28/162



La segunda alternativa es la de aumentar EA

. Paralograrlo se aumenta el amortiguamiento interno de laestructura del intervalo normal (2 % a 5 %) a intervalosentre el 15 % y el 25 %. Esto reduce la magnitud de las

aceleraciones espectrales e incrementa la energa disipada.

Se obtienen niveles similares de fuerzas en sistemasestructurales con grandes ductilidades y amortiguamiento del

orden del 5 % que en diseos elsticos con amortiguamientosdel 15 % al 25 %.

V.28


29/162


Aumento del amortiguamientoAmotiguadores mecnicos

Amortiguador

viscoso

Amortiguador visco-

elstico

Sello

retenedorSello Silicona fluida

compresible

Recinto

acumulador

Barra delpistn

Cabeza del pistncon orificios

Material visco-

elstico

V.29


30/162


Disminucin de la demanda de energaAmotiguadores mecnicos

Amortiguador

histertico

Amortiguador de

friccin

Pletinas de acero

Tornillos y

tuercas

V.30


31/162


CUALIDADES

No se depende de la

ductilidad del sistemaSe simplifican las conexiones

viga-columna

No hay degradacin de las

conexiones por ciclos

histerticos en el intervaloinelstico

Elementos con secciones de

menores dimensiones

Autntica segunda lnea de

defensa contra temblores de

baja recurrencia

LIMITACIONES

Anlisis estructural complejo

Se requiere conocimientodetallado de las caractersticas

del sismo esperado

Difcil modelacin con

programas modernos

El mtodo no est avaladopor ningn cdigo


V.31


32/162









33/162


La gran mayora de los cdigos en todo el mundo prescriben eldiseo sismo resistente con base en la especificacin de las fuerzas

resistentes necesarias en la estructura para balancear las fuerzasinerciales a que se ve sometida, calculadas de acuerdo con unespectro elstico de seudo aceleraciones.

La capacidad de disipacin de energa para el material y el sistemaestructural, se define por medio de un coeficiente Rque depende noslo del material estructural, sino tambin de su disposicin odespiece

As, la fuerza ssmica de diseo se obtiene por medio de:

La fuerza elstica mxima solicitada es, a su vez: RFF ey =

),T(SmasaF ae =

Diseo basado en fuerzas

V.33


34/162


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5 Perodo T, (s)

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Aceleracin

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1 = 1 = 1 = 1

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o Ra

elstico

v d

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

Perodo T, (s)

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Aceleracin

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1 = 1 = 1 = 1

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o Ra

elstico

v d

Sistemas con

rigidez

degradanteNewmark y

Riddell

De dnde sali R?


V.34


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Coeficientes de reduccin de resistenciaCoeficientes de reduccin de resistencia

0

1

2

3

4

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Perodo T (s)

Ra

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

elstico

0

1

2

3

4

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Perodo T (s)

Ra

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

elstico

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

Perodo T, (s)

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Aceleracin

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1 = 1 = 1 = 1

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o Ra

elstico

v d

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 1 2 3 4 5

Perodo T, (s)

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Aceleracin

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2

= 1 = 1 = 1 = 1

= 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

Desplazamiento

Sensitivo a

= 10 = 10 = 10 = 10

= 5 = 5 = 5 = 5

= 3 = 3 = 3 = 3

= 2 = 2 = 2 = 2 = 1.5 = 1.5 = 1.5 = 1.5

= 1 = 1 = 1 = 1

Velocidad

Sensitivo a

R , R , o Ra

elstico

v d


V.35

De dnde sali R?


36/162


Para la zona sensitiva a las aceleraciones

En la medida que el perodo tiende a cero, lasdemandas de ductilidad tienden a uno.

Esto quiere decir que en los sistemas inelsticos conperodos cortos, no es posible ejercer la ductilidad ylas reducciones que se realicen a la resistencia,

pondran en peligro la estabilidad del sistema, puesno habra una demanda de ductilidad compatiblecon la reduccin de resistencia.

Validez de R


V.36


37/162


Espectro para diseo por fuerza

Hay dos opciones para la especificacin del espectro de diseo,

en conjuncin con el coeficiente de reduccin de resistencia, RSa

T

R

T

R

Sa

T

R

T

R

1

Ate


V.37


38/162


Espectro para diseo por fuerza


NSR-98

V.38


39/162


Paso 1: Predimensionamiento ycoordinacin con otrosprofesionales

Paso 2: Evaluacin de las solicitacionesdefinitivas


La Ley 400 de 1997 trae una gua con los

pasos necesarios para realizar un diseosismo resistente.

Estos pasos se enumeran a

continuacin:

V.39


40/162


Paso 3Localizacin en los mapas de amenaza ssmica

BAJA

INTERMEDIA

BAJA

ALTA

INTERMEDIAALTA

ALTA INTE

RM

ED

AI

65

6

12

3

479

1

3

9

7

6

6

5

5

5

78

2

4

3

4

7

8

Zona de Amenaza Ssmica Valor de Aa


V.40


41/162


Paso 4 - Obtencin movimientos ssmicos de diseo

ROCA

SUPERFICIE

SCOEFICIENTEDE SITIO

ICOEFICIENTE

DE IMPORTANCIA

PERFILDE

SUELO

GRUPOS DE USO

I II III IV

De acuerdo con la importancia para larecuperacin con posterioridad al sismo

ACOEFICIENTE

DE ACELERACION a

DE LOS MAPAS

DE ZONIFICACIONSISMICA (Paso 1)

EXPRESADOS COMO:

MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEO

(a) un espectro de diseo

TPerodo de vibracin en segundos

S a

(b) una familia de acelerogramas

A t

t (s)

(c) resultados de un estudio demicrozonificacin


V.41


42/162


Paso 5: Caractersticas de la estructuracin

y el material estructural Clasificar en uno de los sistemas estructurales

permitidos

Caractersticas de disipacin de energa en elintervalo inelstico del material


V.42

Paso 5: Caractersticas de la estructuracin y el material


43/162


SISTEMAS ESTRU CTURALES DE R ESISTENCIA SISM ICASISTEMA C A R G A S

VERTICALESFUERZAS

HORIZONTALESMU R O S D E

C A R G A

COMBINADO

PORTICO

D U A L

Paso 5: Caractersticas de la estructuracin y el materialestructural (Continuacin)...

V.43


44/162



45/162


MAMPOSTERIAESTRUCTURALHORMIGNREFORZADO

Diseo basado en fuerzasPaso 5: Caractersticas de la estructuracin y el materialestructural (Continuacin)...

MADERA

METALES

V.45

BAHAREQUEENCEMENTADO

i b d f


46/162


CAPACIDAD DE

DISIPACION DE ENERGIA

Mnima (DMI) Moderada (DMO)

Especial (DES)


V.46

Di b d f


47/162


Capacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervalo

inelsticoinelsticoinelsticoinelstico

Capacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervaloCapacidad de disipacin de energa en el intervaloinelsticoinelsticoinelsticoinelstico

Deflexin

Fuerza

Deflexin

Fuerza Deflexin

Fuerza

Deflexin

Fuerza

Deflexin

Fuerza

CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA

DESDESDESDES

DMODMODMODMO

DMIDMIDMIDMI

Deflexin

Fuerza

Deflexin

Fuerza

Deflexin

Fuerza

CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA

DESDESDESDES

DMODMODMODMO

DMIDMIDMIDMI


V.47

Di b d f


48/162


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 A D 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

MIN IMA - D M I n o n oM O D E R A D A - D M O n o

E S P E C IA L - D E S

C A P A C ID A D 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

MIN IMA - D M I n o n oM O D E R A D A - D M O n o

E S P E C IA L - D E S


V.48



49/162


IRREGULARIDAD EN ALZADO

Torsional Salientesexcesivos

Diafragmadiscontinuo

Desplazamientoplano del prtico

Ejes noparalelos

Piso Variacin enla masa

Retrocesosexcesivos

Desplazamientoelementos

Pisodebilflexible

PROCEDIMIENTO DE ANLISIS

MTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

MTODO DEL ANLISIS DINMICO ELSTICO

MTODO DEL ANLISIS DINMICO INELSTICO

DEFINICION DEL

p

a

GRADO DEIRREGULARIDAD

IRREGULARIDAD EN PLANTA

EN PLANTA

GRADO DEIRREGULARIDAD

EN ALZADO

Paso 6: Grado de irregularidad y definicin del procedimiento

de anlisis


V.49

Di b d f


50/162


DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS

CORTANTE SISMICO EN LA BASE

TPERIODO DEVIBRACIONMASA

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

Fi

DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS

CORTANTE SISMICO EN LA BASE

TPERIODO DEVIBRACIONMASA

CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA

RIGIDEZ

SACELERACIONESPECTRAL

T

Sa


a

MMASA DE LAEDIFICACIONPESO ACABADOS

PESO PROPIO ESTRUCTURA

PESO EQUIPOS PERMANENTES

MASA EDIFICACION

SISMICAS EN LA ALTURA

V = S g Mas

Vs

Fi

Diseo basado en fuerzasPaso 7 - Obtencin de las fuerzas ssmicas de diseo

V.50

Di b d f


51/162


DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA

LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEO

EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE

ANALISIS DEL PASO 3

F ix

Fiy

torsin accidental

fuerzas axiales

momentos flectores

fuerzas cortantes

torsin

yi

xipiso i

DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA

LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEOEMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE

ANALISIS DEL PASO 3

F ix

Fiy

torsin accidental

fuerzas axialesmomentos flectores

fuerzas cortantes

torsin

yi

xipiso i

Diseo basado en fuerzasPaso 8: Anlisis Paso 9: Desplazamientos

V.51

Di b d f


52/162


i h pi0.01

pi1% de la altura del piso (h )

Mxima deriva admisibleDefinicin de la deriva

Si la deriva es mayor que la mxima 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 incluir

los efectos torsionales

de toda la estructura

y el efecto P-Delta

= = = = i i i-1

5

para mampostera estructuraleste lmite es 0.5% de h pi

i h pi0.01

pi1% de la altura del piso (h )

Mxima deriva admisibleDefinicin de la deriva

Si la deriva es mayor que la mxima 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 incluir

los efectos torsionales


y el efecto P-Delta

= = = = i i i-1

5

para mampostera estructuraleste lmite es 0.5% de h pi

Diseo basado en fuerzasPaso 10: Verificacin de las derivas

V.52



53/162


Lmites de la DerivaEstructuras de hormign o de acero

1.0 % hpiso

Estructuras de Mampostera

0.5 % hpiso

Diseo basado en fuerzasPaso 10: Verificacin de las derivas (Continuacin...)

V.53



54/162


R =

COMBINADO

MUROS DE CARGA

PORTICO

SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

DUAL

COEFICIENTEDE CAPACIDADDE DISIPACION

DE ENERGIA

EN ALZADO

EN PLANTAGRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA

MODERADA (DMO)

MINIMA (DMI)

ESPECIAL (DES)

GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACIONR0

DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL

p

p

a

R0 a

p a

R =

COMBINADO

MUROS DE CARGA

PORTICO

SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

DUAL

COEFICIENTEDE CAPACIDADDE 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

p

p

a

R0 a

p a

Paso 11: Obtencin de R(Continuacin)


V.54



55/162


El anlisis estructural para las fuerzas ssmicas

de diseo se realiza sin dividir por R

Las derivas se verifican para los

desplazamientos horizontales obtenidos sindividir por R

Slo se divide por R en el momento de disearel elemento

Paso 11: Obtencin de R(Continuacin...)


V.55



56/162


R

FUERZAS SISMICAS INTERNASOBTENIDAS DEL ANALISIS

FUERZAS INTERNASINELASTICAS DE DISEO

FUERZAS INTERNAS

DEBIDAS A CARGASMUERTAS, VIVAS, Y OTRAS

==== ( )Coeficientede carga

==== ( )Coeficientesde carga

fuerzas mayoradas

+

debidas al sismo

fuerzas mayoradasdebidas a:

carga muertacarga vivaotras solicitaciones

=fuerzas mayoradas

de diseo

COMBINADASSEGUN ELTITULO B

DEL

REGLAMENTO

DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD

DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI

R

FUERZAS SISMICAS INTERNASOBTENIDAS DEL ANALISIS

FUERZAS INTERNASINELASTICAS DE DISEO

FUERZAS INTERNASDEBIDAS A CARGAS

MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS

==== ( )Coeficiente

de carga

==== ( )Coeficientesde carga

fuerzas mayoradas

+

debidas al sismo

fuerzas mayoradasdebidas a:

carga muertacarga vivaotras solicitaciones

=fuerzas mayoradas

de diseo

COMBINADASSEGUN ELTITULO B

DEL

REGLAMENTO

DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD

DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI

DISEO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEACUERDO CON LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD DE

DISIPACIN DE ENERGA EN EL INTERVALOINELSTICO APROPIADO: DES, DMO DMI

Paso 12 - Obtencin fuerzas de diseo


V.56



57/162


Diseo cimentacin

F5

F4

F3

F2

F1

F5

F4

F3

F2

F1

estructura

cimentacin

suelo


V.57

IV


58/162






Diseo basado en fuerzasDiseo basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseo de elementos no estructurales

V.58


59/162


Diseo por desplazamientoEn la zona del espectro sensible a los desplazamientos, o seala zona de perodos largos, los desplazamientos totales que se

obtienen en la respuesta inelstica, son aproximadamenteiguales a los que tendra un sistema elstico con la mismarigidez y sometido al mismo acelerograma. Esta caractersticase denomina como elprincipio de las deformaciones iguales.

Desplazamiento

Fuerza

F y

u y uinue

elstico

inelstico

F e

yein uRuu =

V.59


60/162


Diseo por desplazamiento

Este aspecto tiene implicaciones muy importantes endiseo ssmico, 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 elstico

de respuesta ante la ocurrencia de los movimientos

ssmicos de diseo, estas deformaciones se deben estimar

en el intervalo inelstico de la manera ms precisaposible.

V.60


61/162


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

estructurales, est asociado con las deformaciones

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

degradacin son parmetros muy importantes en el buen

comportamiento de la estructura.El problema de estimar las deformaciones en el

intervalo inelstico se vuelve especialmente complejo

cuando se tiene degradacin de la rigidez, pues el perodo

de vibracin del sistema cambia durante la respuesta de la

estructura a la excitacin ssmica.


V.61


62/162


Diseo por desplazamientoEn los trabajos de Shimazaki y Sozen, se encontr que

cuando el perodo de la estructura era mayor que un valorcaracterstico TCdel acelerograma, la energa que entraba al

sistema era constante o disminua, independientemente de la

resistencia del sistema,Fy.

Adems se encontr, que cuando el perodo del sistema era

mayor que el perodo caracterstico, T > TC,

independientemente de la resistencia del sistema Fy; el

desplazamiento mximo inelstico um, tendera a ser igual aldel espectro elstico de desplazamientos, confirmando el

principio de desplazamientos iguales.

V.62



63/162


Perodo caracterstico de temblor, Tg

El perodo caracterstico del temblor se define como elmenor perodo al cual el espectro de energa, para

= 10 %, deja de aumentar. Este perodo coincide con el

punto donde las aceleraciones aproximadamente

constantes del espectro de aceleraciones termina.

En la respuesta inelstica el desplazamiento alarga el

perodo, y si el aumento de perodo aumenta la energa

que entra al sistema, entonces el sistema debedesplazarse ms para poder disipar este aumento de

energa.


V.63



64/162


Perodo caracterstico

0.001

0.010

0.100

1.000

0.01 0.1 1 10

Perodo, T (s)

Energa

2E/m(m/s)

El Centro

Miyagi

Santa Barbara

Pacoima Dam

p p

V.64



65/162


Perodo caracterstico

0.001

0.010

0.100

1.000

0.01 0.1 1 10

Perodo T, (s)

Energa

(m/s)

Castaic

Corralitos NS Mxico EW

Via del Mar

V.65

2E/m


66/162


Diseo por desplazamientoShimazaki y Sozen explican cualitativamente este

fenmeno indicando que la energa que entra al

sistema se mantiene constante cuando el sistema

tiene un perodo de vibracin inicial mayor que TC,

pues la degradacin de la rigidez alarga este

perodo y entonces no se presenta un aumento en

la energa que entra al sistema y no la hay

suficiente para producir un aumento de ladeformacin inelstica.

V.66


67/162


Por otro lado, si el sistema tiene un perodo de

vibracin T < TC, un aumento en el perodo del

sistema causado por la degradacin de rigidez,

conduce a un aumento de la energa que entra al

sistema y entonces se presenta una deformacin

inelstica mxima mayor que la mxima elstica.


V.67



68/162


se o po desp a a e o

Otro aspecto muy importante encontrado en estos

estudios consisti en identificar que bajo ciertas

condiciones del perodo de la estructura y su resistenciaen la base, para perodos iniciales del sistema T < TC,

tambin las deformaciones inelsticas se mantenan

iguales o menores que las elsticas. La condicin anterior

fue formulada por Shimazaki y Sozen de la siguiente

manera para sistemas estructurales cuya respuesta

histertica es similar a la de elementos de hormign

reforzado:

es vlida si:

RD 1 0.

RR RT++++ 1 0.V.68


69/162


Diseo por desplazamientoses vlida si:

donde:

(Relacin de desplazamientos)

(Relacin de resistencias)

(Relacin de perodos)

RR RT++++ 1 0.

RD 1 0.

e

in

u

uRD =

e

y

F

FRR =

C

ef

T

TRT =

V.69


70/162


Diseo por desplazamientosAhora bien, el periodo efectivo, Tef, es el periodo resultante despus de ladegradacin de la rigidez, que para el final del intervalo inelstico podraalcanzar el 50 % de la original. De tal manera, el periodo efectivo puedeestimarse as:

m

kT

ef

ef5.0

22

==

V.70

2

5.0

12

5.0

1==

m

kTef

2

2

1

1

5.0

1TTTTef ===


71/162


Diseo por desplazamientoEntonces, si la siguiente relacin se cumple, losdesplazamientos inelsticos son iguales, o menores, que loselsticos.

T = perodo original de la estructura

TC= perodo caracterstico del sismoVy = corte basal resistente de la estructura

Ve = corte basal solicitado elsticamente

1.0V

V

T

2T

e

y

C +

V.71



72/162


1. Definir el sismo de diseo en trminos de una

aceleracin mxima del terreno, Ate, y un perodocaracterstico, TC.

2. Definir la deriva aceptable para la edificacin, enfuncin de su contenido y uso, poniendo especial

atencin a las derivas admisible para los elementos no

estructurales.

3. Dimensionar la estructura para las cargas verticales

que la afectan, utilizando secciones para los elementosestructurales dentro de los limites tradicionales en el

lugar.

p pProcedimiento

V.72



73/162


4. Calcular dinmicamente el perodo fundamental, T, de laedificacin, empleando inercias no fisuradas, y luego

convertirlo en perodo efectivo Tef, por medio de

5. Calcular la deriva promedio de edificio m, que puedeestimarse como el desplazamiento total medido en la

cubierta, dividido por la altura de la cubierta con respecto

al nivel del suelo:

2TTef =

p pProcedimiento

V.73

cub

cubm

h

=



74/162


Ahora bien, la respuesta de la estructura, a la altura de lacubierta, puede estimarse con base en la respuesta de unSUGDL equivalente. As, la respuesta espectral de unSUGDL ser:

2

SUGDL

SUGDL

A=

p pProcedimiento

V.74

A su vez,

gAFA aaSUGDL =



75/162


p pProcedimiento

V.75

Por lo tanto:

222 42

TgAF

T

gAFgAF aaaaaaSUGDL

=

==

La respuesta de la estructura ser proporcional a la delSUGDL, as que:

SUGDLCub =



76/162


Procedimiento

V.76

Pero la respuesta buscada es la de la rigidez degradada:

Y la deriva promedioser:

22 4

2

4

=

=TgAFTgAF

aaefaaCub

222

TgAF aaCub

=

Cub

aam

h

TgAF 1

22 2

=

En general, la deriva mxima puede estimarse como:

mmx = 5.1



77/162


6. Verificar simx

cumple la deriva aceptable propuesta en el

paso 2.

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

Cdigo aplicable, y cumpliendo sus mnimos.

Procedimiento

V.77



78/162


8. Calcular el corte basal resistente de la estructura utilizandoanlisis lmite y verificando que cumple la expresin:

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

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

La estructura disipa energa en flexin, por lo tanto laresistencia a cortante debe ser mayor que el cortante que se

desarrolla al presentarse las articulaciones plsticas en los

extremos de los elementos.

61

=

C

efy

T

TC

Procedimiento

V.78



79/162


El procedimiento de diseo consiste en validar los

desplazamientos que se obtienen, sin que lo primordial seala resistencia de la estructura.

En un extremo el procedimiento indica, que una estructuraadecuadamente detallada por efectos de confinamiento y

de resistencia al corte por plastificacin, puede disearse

solo para carga vertical, siempre y cuando sus

desplazamientos estn dentro de niveles tolerables dedeformacin y se cumpla un corte basal resistente mnimo.

Procedimiento

V.79

V


80/162


VDISEO SISMO RESISTENTE




Diseo basado en fuerzasDiseo basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseo de elementos no estructurales

V.80


81/162


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 1998

Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000

Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002

V.81


82/162


Resea histrica

V.82

Hasta los 30s:

Normas europeas y estadounidenses(Requisitos delJoint Committee onReinforced Concrete, Antecesor del ACI 318).

Despus de los 30s: Currculo acadmico basado en textos

estadounidenses, es decir, en el ACI 318.


83/162

Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede MedellnV.83

Resea histrica1974 - Traduccin del SEAOC.

1977 - Traduccin autorizada del ACI 318-77.

Comit para cdigo de edificaciones de

hormign (ICONTEC).1979 - Traduccin del ATC 3-06.


84/162


Resea histrica1983

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

Un fuerte temblor afecta Popayn.

La presidencia ordena la elaboracin de uncdigo obligatorio para construccin.

Norma AIS 100-83

(Basada en AIS 100-81).


85/162


Resea histrica1984 7 de junio: Promulgacin del

Decreto Ley 1400 que adopta el CdigoColombiano de Construcciones SismoResistentes, basado en:

Norma AIS 100-83 (AIS) NTC 2000 (ICONTEC)

Cdigo de construcciones metlicas

(FEDESTRUCTURAS)


86/162


Resea histrica1993 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 Comisin Permanente para el Rgimen

de Construcciones Sismo Resistentes


87/162


Resea histrica1998 a 2002

Decreto 33 del 9 de enero de 1998. Reglamento de la Ley 400 de 1997: Promulgacin 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.


88/162


Resea histricaNSR-98 VS CCCSR-84

Modificaciones al reglamento: Decretos reglamentarios.

Cinco nuevos ttulos: G: Estructuras de madera. H: Estudios geotcnicos. I: Supervisin tcnica. J: Proteccin contra el fuego.

K: Aspectos complementarios. Reduccin del lmite de la deriva: 1%

Sistema internacional de unidades.


89/162


Por qu actualizar ?

V.89

Actualizacin de las normas base (ACI,AISC, etc.).

Enmiendas y complementos.Lecciones de sismos y otros eventos.

Estado del arte relevante: Nuevas metodologas. Desarrollo e investigacin nacional e

internacional.

Quines participan ? Mi i t i d T t D ll I tit t C l bi d N


90/162


Ministerios de Transporte , Desarrollo eInterior

Direccin Nacional para la Prevencin yAtencin de Desastres

Instituto de Investigaciones enGeociencias, Minera y Qumica -

INGEOMINAS Superintendencia Bancaria Departamento Administrativo de

Planeacin Distrital de Bogot D. C. Sociedad Colombiana de Ingenieros - SCI Sociedades Regionales de la Sociedad

Colombiana de Ingenieros Sociedad Colombiana de Arquitectos -

SCA Asociacin Colombiana de Ingeniera

Estructural- ACIES Asociacin de Ingenieros Estructurales de

Antioquia Sociedad Colombiana de Geotcnia Seccional Colombiana del American

Concrete Institute - ACI Camacol Nacional Camacol Seccionales Antioquia,

Cundinamarca y Valle

Instituto Colombiano de NormasTcnicas -

ICONTEC Instituto Colombiano de

Productores deCemento - ICPC

Asociacin Colombiana deProductor deConcreto - ASOCRETO

Aceras Paz del Ro Universidad de los Andes Universidad Javeriana Universidad Nacional Bogot Universidad Nacional Medelln Universidad Nacional Manizales Universidad del Cauca Universidad Industrial de Santander Universidad del Quindo Universidad del Valle Universidad Eafit - Medelln y ms de 500 profesionales dentro

de los que se cuentan ingenieros,arquitectos y abogados.

V.90


91/162


ESQUEMA JURDICO

V.91

META LEY(Obligatorio)


92/162


ESQUEMA JURDICO

V.92


Reglamentacin

(Obligatorio)Criterios dedesempeo

Requisitosde

desempeo

META


93/162


ESQUEMA JURDICO


Reglamentacin

(Obligatorio)Criterios dedesempeo

Requisitosde

desempeo

META

Verificacin

Mtodos

Procedimientos

Solucionessatisfactorias

Criterios dedesempeo

Requisitosde

desempeo

META

Guas yManuales

(Opcional)

ESQUEMA JURDICO


94/162


ESQUEMA JURDICO

Verificacin

Mtodos

Procedimientos

Solucionessatisfactorias

Criterios dedesempeo

Requisitosde

desempeo

META

DI

SEO

VERIF.

Normas

(Opcional)

Reglamentacin

(Obligatorio)

LEY(Obligatorio)

BASE CONCEPTUAL


95/162


BASE CONCEPTUAL

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Bsico AlternativoTENSIONES ADMISIBLES

Evolucin de los mtodos de diseo

BASE CONCEPTUAL


96/162


BASE CONCEPTUAL

BsicoSEGURIDAD ESTADOS LMITE

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Bsico Alternativo

SEGURIDAD

TENSIONES ADMISIBLES


BASE CONCEPTUAL


97/162


BASE CONCEPTUAL

RESTAURABILIDADDISEO PLSTICO

BsicoSEGURIDAD ESTADOS LMITE

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Bsico Alternativo

SEGURIDAD



BASE CONCEPTUAL


98/162


BASE CONCEPTUAL

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Bsico Alternativo

BsicoSEGURIDAD

RESTAURABILIDAD

FUNCIONALIDAD, DURABILIDADY SOSTENIBILIDAD


ESTADOS LMITE

DISEO PLSTICO

DESEMPEO


CDIGOS


99/162


CDIGOSCdigos actuales:Guas simples determinsticas

Criterios basados en experienciaPobre clasificacin ambiental

Relacin desempeo/vida til: Implcita(~ 50 aos)

CDIGOS


100/162


Codificacin basada en desempeo:Modelos de degradacin

Parmetros de materialesAcciones ambientales detalladas

Cuantificacin estadstica

Seleccin de vida til

CDIGOS

Relacin desempeo/vida til: Explcita

Anlisis de falla estadstico

CDIGOS


101/162


Simplificacin?Concepcin

Especificaciones basadas en complejidad estructural. Mayora de edificaciones no complejas.

CDIGOS

Procedimientos de diseo Construccin cronolgica

Organizacin confusa

Metodologa pobremente definidas

Edificiosaltos

Edificiosbajos

Puentes degran luz

Viento Sismo

101.00.10.010.001FRECUENCIA, Hz

Ley 400 de 1997


102/162


Ttulo I - Objeto y Alcance

Ttulo II - Definiciones

Ttulo III - Diseo y Construccin Responsabilidades

Otros materiales y mtodos alternos de diseo y construccin

Ttulo IV - Revisin de los diseos

Ttulo V - Supervisin tcnica de la construccin Ttulo VI - Profesionales

Calidades y requisitos

Diseadores

Revisores de diseos Directores de construccin

Supervisores tcnicos

V.102

Ley 400 de 1997


103/162


Ttulo VII - Comisin asesora permanente

para el rgimen de construcciones sismoresistentes

Ttulo VIII - Potestad reglamentaria Decretos reglamentarios

Alcance y temario tcnico y cientfico

Ttulo IX - Responsabilidades y SancionesTtulo X - Disposiciones finales

V.103

CONTENIDO DE LA NSR 98


104/162


CONTENIDO DE LA NSR-98TITULO TEMA OBSERVACIONES

A REQUISITOS GENERALES DE DISEO Y

CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE

Actualizado

B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS Actualizado

F ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERA NuevoH ESTUDIOS GEOTECNICOS NuevoI SUPERVISION TECNICA NuevoJ REQUISITOS PARA FUEGO Nuevo

K OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS Nuevo

V.104

CONTENIDO DE LA NSR-09


105/162


CONTENIDO DE LA NSR-09TITULO TEMA OBSERVACIONES

A REQUISITOS GENERALES DE DISEO Y

CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE

Actualizado

B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS Actualizado

F ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERAH ESTUDIOS GEOTECNICOSI SUPERVISION TECNICAJ REQUISITOS PARA FUEGO

K OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS

V.105

ActualizadoActualizadoActualizadoActualizado

Actualizado

REQUISISTOS


106/162


REQUISISTOS

SISMICOS

V.106

Sistema de Unidades


107/162


Sistema de Unidades

V.107

TITULO A


108/162


TITULO A

REQUISITOS GENERALES DEDISEO Y CONSTRUCCION

SISMO RESISTENTE

V.108

TITULO A


109/162


A.1 - Introduccin

A.2 - Zonas de Amenaza Ssmica y

Movimientos Ssmicos de Diseo

A.3 - Requisitos Generales de Diseo

Sismo Resistente

A.4 - Mtodo de la Fuerza Horizontal

Equivalente

A.5 - Mtodo del Anlisis Dinmico

A.6 - Requisitos de la Deriva

A.7 - Interaccin Suelo-Estructura

V.109

TITULO A


110/162


A.8 - Efectos Ssmicos Sobre Elementos que No

Hacen Parte del Sistema de Resistencia

Ssmica

A.9 - Elementos No Estructurales

A.10 - Edificaciones Construidas Antes de la

Vigencia de la Presente Versin del Reglamento

A.11 - Instrumentacin Ssmica

A.12 - Requisitos Especiales para Edificaciones

Indispensables del Grupo de Uso IV

A.13 - Definiciones y Nomenclatura

V.110

TITULO A


111/162


Apndice A-1 - Recomendaciones Ssmicas para

Algunas Estructuras que se Salen del Alcance del

Reglamento

Apndice A-2 - Recomendaciones para el Clculo de

los Efectos de Interaccin Dinmica Suelo-Estructura

Apndice A-3 - Procedimiento Alterno para la

Definicin de los Efectos Locales

Apndice A-4 - Valores de Aay Ady Definicin de laZona de Amenaza Ssmica de los Municipios

Colombianos

V.111

QU HAY EN EL TTULO A ?


112/162


CAPITULO A.1

INTRODUCCIN


113/162


Defensa de la vida y de la propiedad

Se aclara el procedimiento de diseoSe amplan el uso de materiales y mtodos

alternos de diseo y construccin

Se definen los requisitos para presentacin

de planos y memorias

Se definen la idoneidad requerida desupervisores tcnicos, diseadores y

revisores de diseos.V.113

PROPSITO DE LAS NORMAS


114/162


El Reglamento establece criterios para la construccin y

diseo de edificaciones que:

puedan verse sometidas a fuerzas ssmicas y otras fuerzasimpuestas por la naturaleza o su uso, con el fin de reducir a

un mnimo el riesgo de la prdida de la vida.

da requisitos adicionales para que ciertas edificacionesindispensables para la recuperacin posterior a un sismo

puedan seguir funcionando despus de su ocurrencia.

adems establece procedimientos para defender, en alguna

medida, el patrimonio del Estado y de los ciudadanos.

V.114


115/162

ALCANCE DEL REGLAMENTO


116/162


El Reglamento contiene los

requisitos mnimospara el diseo y construccin de

edificaciones nuevas

V.116


D l i it l di i difi i


117/162


Da los requisitos para la adicin, modificacin yremodelacin del sistema estructural deedificaciones construidas antes de la vigencia de la

presente versin del Reglamento.

Establece requisitos especiales para el diseo yconstruccin sismo resistente de edificacionesindispensablespara la recuperacin de lacomunidad con posterioridad a la ocurrencia de unsismo.

V.117


N b l di t i d t t


118/162


No cubre el diseo y construccin de estructurasespeciales tales como puentes, torres de transmisin,

torres y equipos industriales, muelles, estructurashidrulicas y todas aquellas estructuras cuyocomportamiento dinmico difiera del de

edificaciones convencionales o no estn cubiertasdentro de las limitaciones de cada uno de losmateriales estructurales prescritos dentro de este

Reglamento.

V.118

PROCEDIMIENTO DE DISEO

GENERAL La estructura de las edificaciones


119/162


GENERAL - La estructura de las edificacionescubiertas por el alcance de este Reglamentodebe disearse para que tenga resistencia yrigidez adecuadas ante las cargas mnimas de

diseoprescritas y debe, adems, verificarseque dispone de rigidez adecuada para limitarla deformabilidad ante las cargas de servicio,

de tal manera que no se vea afectado elfuncionamiento de la edificacin.

V.119


CASAS DE UNO Y DOS PISOSLas edificaciones de uno y dos pisos deben


120/162


Las edificaciones de uno y dos pisos debendisearse de acuerdo con los Captulos A.1 aA.13 de este Reglamento. Las casas de uno ydos pisos del grupo de uso I, que no formen

parte de programas de ms de quince unidadesde vivienda ni tengan ms de 3 000 m de reaen conjunto, pueden disearse

alternativamente de acuerdo con los requisitosdel Ttulo E de este Reglamento.

V.120


CONSIDERACIONES ESPECIALES


121/162



En toda edificacin del grupo de uso I, quetenga ms de 3000 m de rea en conjunto, o

ms de quince unidades de vivienda, y en todaslas edificaciones de los grupos de usos II, III yIV, deben considerarse los siguientes aspectos

especiales en su diseo y construccin:

V.121




122/162


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

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

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

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

elicas y trmicas de acuerdo con las juntas que tenga el proyecto,

(e) especificaciones complementarias acerca de la calidad de losmateriales a utilizar y del alcance de los ensayos de comprobacin

tcnica de la calidad real de estos materiales,

(f) verificacin de la concepcin estructural de la edificacin desde el

punto de vista de cargas verticales y fuerzas horizontales, y

(g) obligatoriedad de una supervisin tcnica, profesionalmente calificada,

de la construccin.

V.122

CAPITULO A.2ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y



123/162


Mapas de Amenaza Ssmica

Parmetro Av (No se considera Aa)

Perfiles de suelo S1 a S4

Opcin de definirS en funcin de SPT, vsy su Grupos de uso I a IV

Valor mnimo en el Espectro de Diseo

Se permite el uso de familias de acelerogramas

Requisitos para estudios de microzonificacin

V.123

VALOR MNIMO DEL ESPECTRO!


124/162


CUIDADO CON LOS PROGRAMAS DECOMPUTADOR !

V.124

CAPITULO A.3REQUISITOS GENERALES DE DISEO SISMO

RESISTENTE Cuatro sistema estructurales incluyendo el Combinado


125/162


Cuatro sistema estructurales, incluyendo el Combinado

Requisitos para combinacin de sistemas estructurales (en

altura y en planta)

Restricciones especiales para edificaciones irregulares

Se aceptan mtodos inelsticos de anlisis

Se define la rigidez para utilizar en el anlisis

Aclaracin de los efectos ortogonales

Requisitos de torsin en el piso

Requisitos para los diafragmas de piso

Tablas de sistemas estructurales, indicando zona de amenaza

donde se permiten, valor de Ry altura mxima.V.125

CAPITULO A.4MTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL

EQUIVALENTE


126/162


Ecuaciones para el clculo del

Perodo Fundamental Aproximado Ta

Requisitos mnimos que debe cumplir

el anlisis estructural en el uso del

Mtodo de la Fuerza Horizontal

Equivalente

V.126

Clculo del Perodo


127/162


( )

( )

=

== n

iii

n

i

ii

fg

w

T

1

1

2

2

V.127

Clculo del Perodo


128/162


Ct = 0.08 para prticos de concretoCt = 0.09 para prticos de acero estructural.

Ct = 0.05 para los otros tipos

43

nta hCT =

V.128

Clculo del Perodo

Muros de Concreto o de Mampostera0 075


129/162


C At

c====

0 075.

A AD

hc e

e

n

==== ++++

0 2

2

.

V.129

CAPITULO A.5

MTODO DEL ANLISIS DINMICO Anlisis Modal a Anlisis Dinmico


130/162


Se definen los modelos matemticos que pueden utilizarse

Nmero de modos de vibracin que deben emplearse en el

anlisis modal

Se permiten mtodos dinmicos inelsticos

Requisitos mnimos que debe cumplir el anlisisestructural dinmico

V.130

CAPITULO A.6REQUISITOS DE LA DERIVA

Lmites de deriva dependientes del material


131/162


Lmites de deriva dependientes del material

estructural

La deriva debe incluir los efectos de torsin


La deriva debe incluir los efectos P-Delta

Requisitos para separacin entre

estructuras adyacentes

V.131

Clculo de la Deriva


132/162


tot j cm j t j pd j, , , ,

==== ++++ ++++

max , ,i

tot j

i

tot j

i

j

====

====

12

1

2

V.132

Clculo de la Deriva

Pisoimax

i


133/162


Pisoi-1

i

1

tot,x

itot,x

i

1

tot,y

itot,y

i

1

tot,y

i

1

tot,x

i itot,y

1

tot,y

i itot,x

1

tot,x

V.133

Lmites de la Deriva


134/162


Estructuras de hormign o de acero

1.0% hpiso

Estructuras de Mampostera

0.50% hpisoV.134

CAPITULO A.7INTERACCION DINAMICA

SUELO-ESTRUCTURA

Se dan los principios generales de


135/162


Se dan los principios generales de

Interaccin suelo-estructura y se insiste enel criterio del ingeniero

Se dan requisitos acerca de la informacin

geotcnica requerida

En el Apndice A-2 se incluye la

metodologa que traa el ATC-3

V.135

CAPITULO A.8EFECTOS SISMICOS SOBRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUENO HACEN PARTE DEL SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

Efectos ssmicos sobre: escaleras rampas


136/162


Efectos ssmicos sobre: escaleras, rampas,

tanques, elementos de cubierta, elementossecundarios de las losas, apoyos de equipos,

etc.

Se definen las fuerzas ssmicas de diseo

para estos elementos

V.136

CAPITULO A.9

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALESRequisitos ssmicos para elementos de:

( ) b d l i i d i


137/162


(a) acabados y elementos arquitectnicos y decorativos

(b) instalaciones hidrulicas y sanitarias (c) instalaciones elctricas

(d) equipos mecnicos e instalacionesespeciales

Se define el grado de desempeo mnimo

Se define quin es el diseador responsable

Se definen los criterios de diseo

V.137

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

PRESENTE VERSION DEL REGLAMENTO


138/162


Basados en la Norma AIS 150Requisitos para adiciones,

modificaciones y remodelacionesAnlisis de vulnerabilidad ssmica

V.138

CAPITULO A.11INSTRUMENTACIN SSMICA

Se define el tipo de instrumento


139/162


Se define el tipo de instrumento

Se define en que tipo de edificacin se

deben colocar en las diferentes zonas

de amenaza ssmicaSe define quin corre con qu gastos

V.139

CAPITULO A.12REQUISITOS ESPECIALES PARA EDIFICACIONES

INDISPENSABLES DEL GRUPO DE USO IV

Cubre edificaciones cuya operacin no puede


140/162


desplazarse a otro lugar (hospitales, centrales de

comunicacin, etc.)

Define los movimientos ssmicos para el Umbral de

Dao

Requiere que la edificacin permanezca en el

intervalo elstico para los movimientos ssmicos

del umbral de dao

Requisitos de deriva para el umbral de dao

V.140

CAPITULO A.13DEFINICIONES Y NOMENCLATURA DEL

TITULO A


141/162


V.141

IRREGULARIDAD TORSIONAL

usar p = 0.9


142/162


1 1 21 22

>>>> ++++ .

1

2

V.142

RETROCESOS EN LAS ESQUINASusar

p= 0.9


143/162


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

AB CD

V.143

IRREGULARIDAD DEL DIAFRAGMAusar

p= 0.9

A


144/162


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

AB

CDA

BC

D

E

V.144

DESPLAZAMIENTO DELPLANO DE ACCIN

usar p = 0.8


145/162


Desplazamientoplano de accin

Direccin bajo

estudio

V.145

SISTEMAS NO PARALELOSusar

p= 0.9

Si t l l


146/162


PLANTA

Sistemas no paralelos

V.146

F

PISO FLEXIBLE

usar a = 0.91


147/162


AB

C

D

E

F

(((( ))))

K K

o

KK K K

C D

CD E F


148/162


A

B

C

D

E

F

w w

o

w w

D E

D C

>>>>

>>>>

1 50

1 50

.

.

V.148

IRREGULARIDAD GEOMTRICA

usar a = 0.9F

b


149/162


A

B

C

D

E

F

a

a b>>>> 1 30.

V.149

DESPLAZAMIENTO DENTRODEL PLANO DE ACCIN

usar a = 0.8

F


150/162


A

B

C

D

E

a

b

b a>>>>

V.150

PISO DBIL

usar a = 0.8F


151/162


A

B

C

D

E

F

R esist R esistB C


152/162


V.152

TORSION ACCIDENTAL

a


153/162


centromasa

b

0.10 a

Fy

PLANTA V.153

GRUPOS DE USO

Grupo IV -Instalaciones Indispensables


154/162


p p

Grupo III -Edif. de Atencin a la Comunidad

Grupo II -Estructuras de Ocupacin Especial

Grupo I -Las otras

V.154

ESPECTRO DE DISEO

(g)Sa S A Ia a====25.Este espectro est definido paraun coeficiente de amortiguamiento

Nota:


155/162


Perodo (seg)0

SAS

I

Ta

a====12 2 3.

T T,

S A Ia a====0.5

LTC

S==== 2.423

TL

0.30 seg

Para anlisis dinmico, solomodos diferentes al fundamentalen cada direccin principal en planta

S A Ia a====

un coeficiente de amortiguamiento

igual al 5 por ciento del crtico

S==== 0.4823

TCV.155

ESPECTRO DEL UMBRAL DE DAO

.0(g)Sad S A Iad d====3

Este espectro est definido paraNota:


156/162


Perodo (seg)0

SAS

I

Tad

d====

1.5

T,Td

S==== 0.50Td

0.25

S A Iad d====

Este espectro est definido para

un coeficiente de amortiguamientoigual al 2 por ciento del crtico

V.156

ConstrucciConstrucciConstrucciConstruccin y Supervisin y Supervisin y Supervisin y Supervisin Tn Tn Tn Tcnicacnicacnicacnica


157/162


V.157

QUE INDICARON LOSTEMBLORES RECIENTES ?

Buen comportamiento estructural de


158/162


las edificaciones contrudas deacuerdo con el Decreto 1400/84

Mal comportamiento de los elementosno estructurales de las edificaciones

contrudas de acuerdo con el Decreto

1400/84

V.158

QU HAY NECESIDAD DE CAMBIAR EN LAPRCTICA CONSTRUCTIVA ACTUAL ?

Estructuras ms rgidas ante


159/162


g

cargas laterales

Edificaciones con acabados que se

comporten mejor ante los sismos

Edificaciones menos irregulares

V.159

QU ES PRIORITARIO ?

Cambio a edificaciones con mayor


160/162


Cambio a edificaciones con mayo

cantidad de muros estructurales

Nuevos tipos de acabados menos

frgiles

Nuevos sistemas de construccin

de fachadas

V.160

EL RETOEl reto es para: los arquitectos - involucrandose en el problema

ssmico, diseando edificaciones y acabados menosvulnerables ssmicamente


161/162


vulnerables ssmicamente,

los ingenieros - buscando soluciones estructurales msrgidas y seguras,

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

los fabricantes de materiales - introduciendo almercado materiales menos frgiles y de mejorcomportamiento ssmico.

V.161


162/162


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Diapositiva sobre diseño sismorresistente

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