INGENIERĉA ANTISĉSMICA Ciclo 2013 - II

LA NORMA SISMORRESISTENTE Y SULA NORMA SISMORRESISTENTE Y SULA NORMA SISMORRESISTENTE Y SU LA NORMA SISMORRESISTENTE Y SU APLICACIÓN EN EL DISEÑO APLICACIÓN EN EL DISEÑO

ESTRUCTURALESTRUCTURAL

Dr. Ing. RAFAEL SALINAS BASUALDO

Facultad de Ingeniería CivilFacultad de Ingeniería CivilUniversidad Nacional de IngenieríaUniversidad Nacional de IngenieríaU e s dad ac o a de ge e aU e s dad ac o a de ge e a

ESQUEMA DE LA NORMA E-030GeneralidadesParámetros de sitioParámetros de sitioRequisitos generalesA áli i d difi iAnálisis de edificiosCimentacionesElementos no estructurales, apéndicesy equipoy equipoEvaluación, reparación y reforzamientoI ióInstrumentación

Al d l NAlcances de la Norma

Establece condiciones mínimas para que las edificaciones tengan unlas edificaciones tengan un comportamiento aceptable de acuerdo a los principios señalados en la normaprincipios señalados en la norma.Aplicable al diseño de edificaciones

l ió f i t d lnuevas, evaluación y reforzamiento de lasexistentes y reparación de las dañadas porisismos.

Para estructuras especiales se requierenp qconsideraciones adicionales.

Filosofía y Principiosdel diseño sismorresistente

FILOSOFÍA:Evitar pérdidas de vidas.pAsegurar la continuidad de los servicios básicosMinimizar los daños a la propiedad.

PRINCIPIOS:La estructura no debería colapsar ni causar daños graves a las personas durante sismos severos (que puedanocurrir en el sitio)ocurrir en el sitio).La estructura debería soportar sismos moderados (quepuedan ocurrir durante su etapa de servicio) con dañosp p )dentro de límites aceptables.

Presentación del Proyecto

Los planos deben tener información sobre:a) Sistema estructural sismorresistentea) Sistema estructural sismorresistente.b) Parámetros del espectro de diseño.c) Despla amiento má imo del último ni elc) Desplazamiento máximo del último nivel y

desplazamiento relativo máximo de entrepiso.Los proyectos de edificaciones de más de 70mLos proyectos de edificaciones de más de 70m de altura deben tener memoria de datos y cálculos justificativoscálculos justificativos.Para sistemas no convencionales, su empleo deberá ser aprobado por la autoridaddeberá ser aprobado por la autoridad competente.

ÁÁPARÁMETROS DE SITIOPARÁMETROS DE SITIO

ECUADOR

COLOMBIA

FACTORECUADOR

ZONA 1

DE ZONA

Zona Z Z

BRASIL

3 0,4

ZON

A 2

ZON

A 3

2 0,3

3

1 0,15

OLI

VIA

BO

CHILE

CONDICIONES LOCALESCONDICIONES LOCALES

Microzonificación sísmicaEstudios de sitioEstudios de sitio

Mi ifi ió Sí iMicrozonificación SísmicaSon estudios multidisciplinarios, que investigan los efectos de sismos y fenómenos asociados como licuefacción de suelos deslizamientoscomo licuefacción de suelos, deslizamientos, tsunamis y otros, sobre el área de interés.Suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas por causa de las condiciones locales y otros fenómenos naturalesnaturales.Se requiere en:• Áreas de expansión de ciudades.p• Complejos industriales o similares.• Reconstrucción de áreas urbanas.

E t di d SitiEstudios de SitioSon estudios similares a los de microzonificación, aunque no en toda su extensión.Están limitados al lugar del proyecto y suministranEstán limitados al lugar del proyecto y suministran información sobre la posible modificación de las acciones sísmicas y otros fenómenos naturales por las condiciones locales.Su objetivo principal es determinar los parámetros de diseño En ningún caso éstos serán inferiores ade diseño. En ningún caso éstos serán inferiores a los de la Norma.

CONDICIONES GEOTÉCNICAS

4 Tipos de perfiles de suelo

A cada tipo de perfil se asocian dos

parámetros: S y Tpparámetros: S y Tp

S1 Roca o Suelos Muy Rígidos

• Roca sana o parcialmente alterada, con una resistencia a la compresión no confinada mayor o igual que 500 kPa (5 k / 2)kg/cm2).

• Grava arenosa densa.• Estrato de no más de 20 m de material cohesivo muy rígido, y g ,

con una resistencia al corte en condiciones no drenadas superior a 100 kPa (1 kg/cm2) sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte similar al de una rocacon velocidad de onda de corte similar al de una roca.

• Estrato de no más de 20 m de arena muy densa con N >30, sobre roca u otro material con velocidad de onda de corte i il l dsimilar al de una roca.

S3 Suelos Flexibles

Suelos Cohesivos

Resistencia al corte típica

en condición no drenada (kPa)

Potencia del estrato (m)

Blandos < 25 20Blandos < 25 20Firmes 25 - 50 25 Rígidos 50 - 100 40

Muy rígidos 100 - 200 60 Suelos Granulares

Valores N típicos en ensayos

Potencia del

de penetración estándar (SPT) estrato (m)Sueltos 4 - 10 40 Medianamente densos

10 - 30 45 densos

Gravas mayor que 30 100

S4 Suelos en Condiciones Excepcionales

• Suelos en condiciones excepcionalmente flexibles y en sitios donde las condiciones geológicas y/o topográficas

d f blsean desfavorables .• Serán considerados solamente si un estudio geotécnico así

lo determina.• Para suelos con propiedades poco conocidas se podrán

usar los valores correspondientes al suelo tipo S3.

ÁPARÁMETROS DE SUELOTipo Descripción Tp (s) STipo Descripción Tp (s) S

S1 Roca o suelos muy rígidos 0.4 1.0

S2 Suelos intermedios 0.6 1.22

S3 Suelos flexibles o con estratos de gran potencia

0.9

1.4

S C di i i l * *S4 Condiciones excepcionales * *

FACTOR DE AMPLIFICACIÓN SÍSMICAFactor de amplificación de la respuesta estructural respecto de la aceleración del suelo

Factor de Amplificación Sísmica

2

3

T 1

2

C 5252 .TT

.C p <

⋅=

00 0,5 1 1,5 2 2,5 3

T( )T(s)

REQUISITOS GENERALESREQUISITOS GENERALES

A t G lAspectos GeneralesSi un solo elemento de la estructura -muro o pórtico - soporta 30% o más del total de la fuerza cortante en cualquierentrepiso, deberá ser diseñado para el 125% de dicha fuerza125% de dicha fuerza.Deberá considerarse el posible efecto de los elementos no estructuraleslos elementos no estructurales.No se consideran los efectos de sismo y viento simultáneamenteviento simultáneamente.

CONCEPCIÓN ESTRUCTURALCONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE

Simetría, tanto en la distribución de ,masas como en las rigideces.Peso mínimo especialmente en losPeso mínimo, especialmente en los pisos altos.Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.materiales de construcción.Resistencia adecuada.

CONCEPCIÓN ESTRUCTURALCONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE

Continuidad en la estructura, tanto,en planta como en elevación.DuctilidadDuctilidad.Deformación limitada ya que en casoycontrario los daños en elementos no estructurales podrán serestructurales podrán ser desproporcionados.

CONCEPCIÓN ESTRUCTURALCONCEPCIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE

Inclusión de líneas sucesivas de resistencia.Consideración de las condicionesConsideración de las condicioneslocales.

áBuena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa. p g

Problemas de configuraciónProblemas de configuración(Fuente: Piqué, 2001)

CATEGORÍA DE LASCATEGORÍA DE LAS EDIFICACIONES

A Edificaciones EsencialesB Edificaciones ImportantesC Edificaciones ComunesD Edificaciones Menores

Edificaciones EsencialesEdificaciones EsencialesEdificaciones EsencialesEdificaciones Esenciales

Hospitales, centrales de comunicaciones, cuarteles decomunicaciones, cuarteles de bomberos y policía, subestaciones eléctricas reservorios de aguaeléctricas, reservorios de aguaEdificaciones que puedan servir de

f i t d tirefugio, como centros educativosDepósitos de materiales inflamables o ptóxicos, grandes hornos

Edificaciones ImportantesEdificaciones ImportantesEdificaciones ImportantesEdificaciones Importantes

Teatros, estadios, centros i l lcomerciales, penales

Museos, bibliotecas y archivos , yespecialesSilos de granos y otros almacenesSilos de granos y otros almacenes importantes para el abastecimiento

Edificaciones ComunesEdificaciones ComunesEdificaciones ComunesEdificaciones Comunes

ViviendasOficinasHotelesHotelesRestaurantesInstalaciones industriales (cuya falla no implique incendios, fugas p q , gde contaminantes, etc.)Depósitos (no inflamables)Depósitos (no inflamables)

Edificaciones MenoresEdificaciones MenoresEdificaciones MenoresEdificaciones Menores

Edificaciones cuyas fallas causan pérdidas de menor cuantía ypérdidas de menor cuantía y normalmente la probabilidad de

í ti b jcausar víctimas es baja.Cercos de menos de 1,50m de altura,Depósitos temporalesP ñ i i d t lPequeñas viviendas temporales y construcciones similares

FACTOR DE USOFACTOR DE USO

CATEGORÍA UCATEGORÍA UA 1.5BC

1.31 0C

D1.0-D

CONFIGURACIÓNCONFIGURACIÓN ESTRUCTURALESTRUCTURAL

Estructuras RegularesEstructuras Regulares

Estructuras Irregulares

Irregularidades en Altura

Irregularidades de Rigidez PisoIrregularidades de Rigidez - PisoblandoIrregularidad de MasaIrregularidad geométrica verticalIrregularidad geométrica verticalDiscontinuidad en los sistemas

i t tresistentes

IrregularidadIrregularidad de de RigidezRigidezPisoPiso blandoblando

La suma de las áreas de las seccionestransversales de columnas y muros es menor que85% de la del entrepiso superior o es menor que85% de la del entrepiso superior, o es menor que90% del promedio de los tres entrepisos superiores.No aplicable en sótanos.p

AvAvii < 0.85 Av< 0.85 Avi+1i+1ii i+1i+1

AvAvii < 0.30 (Av< 0.30 (Avi+1i+1+Av+Avi+2i+2+Av+Avi+3i+3))

Pisos de altura diferente.-multiplicar los valores anteriores por (hi/h ) d d h l l(hi/ho), donde ho es la altura diferente y hi la altura típica

Daños por piso blando: fuerzas y desplazamientos Daños por piso blando: fuerzas y desplazamientos excesivos concentrados en el piso blando excesivos concentrados en el piso blando (fuente: CIP, OPS)(fuente: CIP, OPS)

IrregularidadIrregularidad dede MasaMasaIrregularidadIrregularidad de de MasaMasa

La masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas

MM > 1 50 M> 1 50 MMMii > 1.50 M > 1.50 M i+1i+1

Daños por concentraciones de masa en altura: Daños por concentraciones de masa en altura: fuerzas de inercia excesivasfuerzas de inercia excesivas (fuente: OPS)(fuente: OPS)

Irregularidad GeométricaIrregularidad GeométricaIrregularidad Geométrica Irregularidad Geométrica VerticalVertical

La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la

di t di ió i d tcorrespondiente dimensión en un piso adyacente.No se aplica en azoteas.

DDii > 1.30 D > 1.30 D i+1i+1

Discontinuidad en Sistemas Discontinuidad en Sistemas ResistentesResistentesDesalineamiento de elementos verticales, tanto porun cambio de orientación, como por undespla amiento ma or q e la dimensión deldesplazamiento mayor que la dimensión delelemento.

Irregularidades en Planta

Irregularidad TorsionalIrregularidad Torsional

Esquinas EntrantesEsquinas Entrantes

Discontinuidad del DiafragmaDiscontinuidad del Diafragma

Irregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalSe considerará sólo en edificios con diafragmasSe considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos, en los que el desplazamiento promedio de un entrepiso supere el 50% del admisible.

Daños por torsión: concentrados en los elementos Daños por torsión: concentrados en los elementos de los extremos del edificiode los extremos del edificio (fuente: OPS)(fuente: OPS)

Irregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalIrregularidad TorsionalEn cada dirección de análisis:En cada dirección de análisis:

El desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos es mayor que 1 3 veces el promedio de esteconsecutivos, es mayor que 1.3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con aquél del extremo opuesto.

Esquinas EntrantesEsquinas EntrantesEsquinas EntrantesEsquinas Entrantes

La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas , q , ydimensiones en ambas direcciones son mayores que 20% de la dimensión total en planta20% de la dimensión total en planta.

D > 0.20 LD > 0.20 L

DDLL

DiscontinuidadDiscontinuidad deldel DiafragmaDiafragmaDiscontinuidadDiscontinuidad del del DiafragmaDiafragmaDiafragma con discontinuidades abruptas o variaciones enDiafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragmabruta del diafragma.

AA bi tbi t > 0 5> 0 5 AAt t lt t lAAabiertaabierta > 0.5 > 0.5 AAtotaltotal

SISTEMAS ESTRUCTURALESSistema Estructural Coeficiente de

SISTEMAS ESTRUCTURALES Sistema Estructural Coeficiente de

reducción, estructuras regulares, R (*)

Acero : Pórticos dúctiles Otras estructuras Arriostres excéntricos Arriostres en cruz

9,5

6,5 6,0

Concreto Armado : Pórticos Dual De muros estructurales

8 7 6De muros estructurales

Muros ductilidad limitada 64

Albañilería Armada o Confinada

3 (6 :ASD)

Construcciones de Madera

7 (ASD)

(*) Multiplicar por ¾ para estructuras irregulares

SISTEMAS ESTRUCTURALESPARA EL DISEÑO LRFD LAS FUERZAS SISMICAS SE DEBEN

SISTEMAS ESTRUCTURALES PARA EL DISEÑO LRFD, LAS FUERZAS SISMICAS SE DEBEN

COMBINAR CON FACTORES DE CARGA UNITARIOS• Pórticos C.A.: el 80% del cortante actúa sobre las

columnas de los pórticos.• Dual C.A.: el cortante es resistido por pórticos y muros.

Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo menos 25% del cortante de la base.M C A l 80% d l t t tú b l• Muros C.A.: el 80% del cortante actúa sobre los murosestructurales.Muros C A de ductilidad limitada: edificación de baja• Muros C.A. de ductilidad limitada: edificación de bajaaltura con alta densidad de muros de ductilidad limitada(placas delgadas con malla electrosoldada).(placas delgadas con malla electrosoldada).

• Adobe: referirse a la Norma E-080. No recomendable en suelos S3, no permitido en suelos S4.

Categoría, Sistema Estructural g , Sy Regularidad

Categoría de la

Edificación.

Regularidad

EstructuralZona Sistema Estructural

A (*) (**) Regular

3Acero, Muros de Concreto Armado, Albañilería

Armada o Confinada, Sistema Dual

Acero, Muros de Concreto Armado, Albañilería

2 y 1 Armada o Confinada , Sistema Dual, Madera

BRegular o

3 y 2

Acero, Muros de Concreto Armado, Albañilería

Armada o Confinada Sistema Dual MaderaBIrregular

3 y 2 Armada o Confinada, Sistema Dual, Madera

1 Cualquier sistema.

CRegular o

3, 2 y 1 Cualquier sistema.CIrregular

3, 2 y 1 Cualquier sistema.

(*) La edificación será especialmente estructurada para resistir sismos severos.(**) Para pequeñas construcciones rurales como escuelas y postas médicas se podrá usar( ) Para pequeñas construcciones rurales, como escuelas y postas médicas, se podrá usarmateriales tradicionales siguiendo las recomendaciones de las normas correspondientes a dichosmateriales.

Procedimientos de AnálisisProcedimientos de Análisis

Las estructuras clasificadas comoregulares, de no más de 45 m de altura, y lasregulares, de no más de 45 m de altura, y lasestructuras de muros portantes de no másd 15 d lt d á lide 15 m de altura, podrán analizarsemediante el procedimiento de fuerzasestáticas equivalentes.

En otros casos se requiere análisisEn otros casos se requiere análisisdinámico.

ÁÁANÁLISIS DE EDIFICIOSANÁLISIS DE EDIFICIOS

ANÁLISIS DE EDIFICIOSANÁLISIS DE EDIFICIOS

Se acepta el comportamiento inelásticoAnálisis elástico con fuerzas reducidasAnálisis elástico con fuerzas reducidasAnálisis independiente en cada dirección

Peso de la Edificación

100% de las cargas permanentes

+ % de la sobrecarga+ % de la sobrecarga

% de la sobrecarga% de la sobrecarga

Categorías A y B 50%

Categoría C 25%Depósitos 80%Techos en general 25%Techos en general 25%Tanques, silos 100%a ques, s os 00%

ANÁLISIS ESTÁTICOANÁLISIS ESTÁTICO

Sólo es aplicable a estructuras

regulares de menos de 45 m de altura

t t d t t dy estructuras de muros portantes de

no más de 15 m de alturano más de 15 m de altura.

Fuerza Cortante en la Base

ZUCS PZUCSV ⋅= PR

V

C/R ≥ 0 125C/R ≥ 0.125

Período FundamentalPeríodo Fundamental (estimado)

nhT =TC

T =

CT = 35 edificios constituidos sólo por pórticos

CT = 60 edificios estructurados sobre la Tbase de muros de corte

CT = 45 casos intermedios (pórticos más T (pcajas de ascensores y escaleras)

Período FundamentalPeríodo Fundamental Cociente de Rayleigh

⋅∑n

DP 2

⋅⋅=

∑

∑=

ni

ii

DF

DPT 12π

FDi

Pi

⋅⋅∑=i

ii DFg1

FiPi

Se adopta un juego de fuerzas compatible con el modo a estudiar.Conociendo las rigideces de piso se calculanConociendo las rigideces de piso se calculan los desplazamientos relativos ∆i

Se calculan los desplazamientos absolutos Di

D = D + ∆Di = Di-1+ ∆iSe calcula el período T.

Fuerzas Sísmicas en cada nivelFuerzas Sísmicas en cada nivelDistribución en alturaFa

( )anii

i FVhPF −⋅⋅

=

Fi Pi

( )an

jjj

i

hP ⋅∑1i

hi

Pi j=1

Si T > 0.7 s, Fa = 0.07 T V < 0.15VV

Si T 0.7 s, Fa 0.07 T V 0.15V

Desplazamientos LateralesAdmisibles

L d l i t l t l l l á lti li d 0 75RLos desplazamientos laterales se calcularán multiplicando por 0,75R los resultados obtenidos del análisis lineal y elástico con las solicitaciones sísmicas reducidas. .

∆iNo se considerarán los valores mínimos de cortante ni de C/R.

Material DistorsiónPredominante ∆i/h i hPredominante ∆i/hei

Concreto Armado 0.007

hei

Acero 0.010Albañilería 0.005Madera o Quincha 0.010

Junta de Separación SísmicaJunta de Separación Sísmica

3 0 004 ( 500) 3 ( )s = 3 + 0.004 (h - 500) > 3 cm. (h y s en cm)

s no será menor que 2/3 de las no será menor que 2/3 de la suma de los desplazamientos máximos de los bloques adyacentesadyacentes.