Tena Moc 2008 Curso SMIS 2010

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ACTUALIZACIN DE LAS NORMAS DE DISEO SSMICO DE EDIFICIOS (ESTRUCTURAS TIPO 1) DEL MANUAL DE OBRAS CIVILES DE CFE 2008

ARTURO TENA-COLUNGA

Universidad Autnoma Metropolitana

Curso SMIS: Aplicacin de Criterios de Diseo Ssmico Conforme al Manual de Obras Civiles de CFE

UAM-A, Septiembre de 2010

Responsables de la Actualizacin (Edificios)Responsables de la Actualizacin (Edificios)

zUlises Mena Hernndez

zArturo Tena Colunga

zJavier I. Vilar

zJavier Avils Lpez

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AntecedentesAntecedentes

zEl Manual de Obras Civiles (MOC) es una normatividad modelo de Mxico.zSe utiliza ampliamente en el pas en

ausencia de una reglamentacin local. Muchas ciudades y municipios lo adoptan y/o adaptan.z La ltima versin del MOC fue publicada en

1993 (MOC-93). Por lo tanto, ya era urgente una actualizacin a luz de los avances en el diseo sismorresistente de estructuras.z La actualizacin de la mayora de los

captulos tradicionales est lista. Algunos captulos dedicados a tecnologas modernas y otros temas especializados se encuentran en revisin.

Zonacin Ssmica del MOCZonacin Ssmica del MOC--19931993

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Revisin del Riesgo y Peligro SsmicosRevisin del Riesgo y Peligro Ssmicos

Principales fuentes ssmicas:Sismos de subduccin: Placas de Cocos y Rivera por debajo

de la placa Norteamericana. Magnitud histrica hasta 8.4.Sismos de falla normal: Profundidad de 30-100 km, ocurren a

lo largo pero no paralelos al eje volcnico. Magnitud histrica hasta 7.8.Sismos superficiales: Sismos continentales (intra-placa) que

ocurren con menor frecuencia, M

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Sismo Probabilista, Tr=30,000 aosSismo Probabilista, Tr=6,500 aos

Aceleraciones Mximas del TerrenoAceleraciones Mximas del Terreno

Periodos de Retorno AsociadosCoeficientes de Diseo ptimos


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Sismos Mximos

Coeficientes ptimos


Espectro Elstico de Diseo (Espectro Elstico de Diseo (AceleracinAceleracin))

T

a

Ta Tb Tc

a0

bc

( )

( )

+

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Espectro Elstico de Diseo (Espectro Elstico de Diseo (TMANZTMANZ))

Correccin por amortiguamiento distinto a Correccin por amortiguamiento distinto a =5%=5%Ruiz y Toxqui (2008)

+

+

=

be

bec

e

TTsi ; kp)Q(

TTsi; TT

k)Q(

'Q

11

112

1

+=

e

b

TT)k(kp

{ }{ }

>=

s .T i sF/,.maxs .T i sT,.min

ksr

ss

651350651251

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Las nuevas expresiones del MOC-2008 estn actualizadas al promedio de los movimientos del terreno (y tipo de terreno) de las principales zonas de peligro ssmico del pas.

Factor de reduccin de fuerzas ssmicas con fines de diseo, Factor de reduccin de fuerzas ssmicas con fines de diseo, QQ

La sobrerresistencia depende de muchos factores, entre los cuales se encuentran el sistema estructural empleado, el grado de hiperestaticidad, el detallado estructural y la variabilidad de las propiedades ndice de los materiales con el tiempo y con la velocidad de aplicacin de la carga.

Siendo estrictamente rigurosos, an no se dispone de suficientesestudios que permitan calcular la sobrerresistencia en funcin de unos pocos parmetros estructurales. Sin embargo, existen estudios que han permitido proponer valores indicativos en varios reglamentos de diseo ssmico.

Factor de reduccin por sobrerresistencia, Factor de reduccin por sobrerresistencia, RR

Desplazamiento

Fuerza

Sistema inelstico (EPP)

Sistema elstico

QR

QR

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Por ejemplo, en las NTCS-2004, la propuesta del valor ndice se basa en estudios conducidos en sistemas de marcos de concreto reforzado. En ella se reconoce de manera indirecta que la sobrerresistencia desarrollada en estructuras de pocos niveles (periodo corto) es mayor que las de varios niveles (periodo largo), debido al mayor impacto que en su diseo estructural tiene la combinacin con cargas verticales, lo cual lo han confirmado otros estudios recientes.

La propuesta de las NTCS-2004, que tiene la limitante de suponer que R es igual para todos los sistemas estructurales, es la siguiente:


>=

a

aa

TTsi

TTsiT/TR

210

4

En los reglamentos de los Estados Unidos (por ejemplo, FEMA-302, FEMA-368, ASCE-7 e IBC-2006) se reconoce que la sobrerresistencia depende del sistema estructural, y por ello seproponen distintos valores o constantes a estructuras con base en muros de carga, con base en marcos a momento, con base en marcos contraventeados, etc.

En el MOC-2008 se propone entonces que la reduccin por sobrerresistencia, R, dependa tanto del sistema estructural como del periodo estructural y est dada por:

donde R0 es una sobrerresistencia ndice que depende del sistema estructural.


( )

>+=

ae0

aeae0

TT si; RTT si ;/TT10.5R

R

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Como se aprecia en la figura, la curva propuesta para R en el MOC-2008 prcticamente coincide con la de las NTCS-2004 para R=2.

La mejora conceptual de esta propuesta es que se reconoce que hay otros sistemas estructurales que desarrollan mayores sobrerresistencias, en funcin del valor ndice R0, como se indica en esta misma figura.


La propuesta se basa en los valores recomendados en las NTCS-2004 y en los reglamentos de los Estados Unidos de referencia, adems de estudios analticos recientes realizados en estructuras diseadas conforme a los lineamientos de los reglamentos de Mxico para marcos no dctiles y dctiles de concreto reforzado,marcos dctiles de acero, marcos dctiles de acero con contraventeo concntrico, marcos dctiles de concreto reforzado con contraventeo concntrico y estudios experimentales en mesa vibradora de estructuras de mampostera confinada.


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Marcos de Concreto Reforzado con Contraventeo de Acero

Godnez-Domnguez y Tena-Colunga (2010)

Marcos Dctiles de Concreto ReforzadoTena-Colunga et al. (2008)

Factor de Reduccin por Factor de Reduccin por SobrerresistenciaSobrerresistencia, , RR

T/Ta

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Dev

elop

ed O

vers

treng

th, R

0

1

2

3

4

5

6

7

x25 models y25 modelsx50 models y50 models

x75 models y75 models R factor MFDC-04

Sin embargo, cabe sealar que deben seguirse conduciendo estudios para distintos sistemas estructurales que permitan en el futuro proponer factores de reduccin por sobrerresistencia ms adecuados para los distintos sistemas estructurales que se emplean en Mxico.


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Factor de reduccin por redundancia, Factor de reduccin por redundancia,

Variacin del factor de reduccin por Redundancia (RR) en marcos de Concreto

Reforzado Husain y Tsopelas (2004)

Es bien sabido que la estabilidad, la capacidad de deformacin y la resistencia adicional de una estructura aumentan a medida de que sta es ms redundante, es decir, posee un mayor nivel de hiperestaticidad.

A pesar de ello, han pasado muchos aos para que los reglamentos de diseo ssmico introduzcan el concepto de factor por redundancia y, con base en ello, premien con reducciones mayores el diseo de estructuras ms redundantes (de mejor comportamiento) y castiguen o desincentiven el diseo de los sistemas menos redundantes, de comportamiento ms incierto, propensos a concentrar las deformaciones inelsticas y, con ello, a desarrollar menor ductilidad y/o resistencia adicional.


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Es por ello que se incorpora en el MOC-2008 el concepto de factor por redundancia, , siendo por ello el reglamento mexicano pionero en incluirlo.

Este concepto fue inicialmente incluido en el reglamento UBC-97 y desde ese entonces el concepto ha evolucionado en las recomendaciones de diseo ssmico ms recientes de los Estados Unidos (ASCE-7 e IBC-2006).


La propuesta de correccin por redundancia considera que sta yaha sido de alguna manera tomada en cuenta indirectamente en los valores del factor de comportamiento ssmico Q y del factor de reduccin por sobrerresistencia, R, por lo que se requieren hacer ajustes para los sistemas ms redundantes y menos redundantes.

En todos los casos, se enfatiza que cualquier estructura debe poseer al menos dos marcos o lneas de defensa paralelas en la direccin de anlisis, por lo que no ser aceptable estructurar edificios con una sola lnea de defensa en la direccin de anlisis, como pudiera ser, por ejemplo, una estructuracin tipo pndulo invertido.


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Las estructuraciones donde se propone que =1 corresponden esencialmente a aqullas con la tipologa ms generalmente utilizada en estudios en los que se basan algunas de las propuestas de los factores de reduccin por sobrerresistencia.

Se solicita adems un mnimo de dos crujas por marco. Esta ltima propuesta se hace con base en los resultados de un

estudio donde se observa que edificios cuyo sistema resistente en una direccin est compuesto esencialmente por marcos con al menos dos crujas se comportan de manera satisfactoria ante acelerogramas asociados al sismo de diseo, sobre todo cuando se comparan con una estructura anloga pero cuyo sistema resistente en una direccin est compuesto esencialmente por marcos de una sola cruja.


Se propone =1.25 para sistemas redundantes, donde tres o ms marcos de tres o ms crujas resisten al sismo actuante en una misma direccin. Estudios relativamente recientes sobre este tipo de sistemas han mostrado su estabilidad y que, por otra parte, son capaces de desarrollar demandas de deformacin y factores de sobrerresistencia mayores a los propuestos en su diseo.

Algo que no est escrito en las recomendaciones y comentarios del MOC-2008, pero que el sentido comn debe dictar, es que si se dispone de una estructura con un piso suave o es fuertemente irregular por torsin, entonces se debe tomar =1.0 en lugar de=1.25.


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Se propone =0.8 para los sistemas poco redundantes, como los marcos de una sola cruja tomando en cuenta lo siguiente:

(a) la vulnerabilidad de este tipo de estructuraciones se ha puestode manifiesto en muchos sismos recientes como en Northridge en 1994 o Kobe en 1995, particularmente si tienden a ser esbeltas,

(b) esta estructuracin tiende a concentrar la plasticidad y a que se formen mecanismos frgiles de piso dbiles o mixtos con plasticidad concentrada en columnas en lugar del mecanismo deseado de viga-dbil, columna fuerte, como se ha presentado en estudios de edificios diseados conforme a reglamento y donde este tipo de estructuracin tuvo un comportamiento insatisfactorio y,

(c) algunos estudios conducidos en marcos de concreto reforzado de una sola cruja para estimar factores de sobrerresistencia han reportado valores de R=1.5 o inferiores para marcos diseados con Q=2, el cual resulta 75% inferior al valor mnimo recomendado R=2 obtenido en estudios de marcos de dos o tres crujas por lo menos.


4 5 7 82 31 6

B

A

4 5 7 8

C

2 31 6

B

A

X

Y

X

Y=0.8=0.8

Factor de Factor de reduccinreduccin porpor redundanciaredundancia, ,

Dir Y: =0.8 Dir X: =1.0

Dir Y: =1.0 Dir X: =1.25

20

57.40

9.05

4 5 7 8

AB

CD

14.05

2.50

2 31 6

2.50

8.20 8.20 8.20 8.20 8.20 8.20

Edificio IR2AEdificio IR2A

Dimensiones: mDimensiones: m

NNN

Diseado con =1.0

IR2A, Direccin NIR2A, Direccin N--S, S, SobrerresistenciaSobrerresistencia, , AcelAcel. S56. S56--EWEW

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Envolvente de articulaciones plsticasEnvolvente de articulaciones plsticas


Estos resultados refuerzan la propuesta del MOCEstos resultados refuerzan la propuesta del MOC--2008 en 2008 en castigar el diseo de estructuras con marcos de una castigar el diseo de estructuras con marcos de una cruja usando cruja usando =0.8=0.8, adems de los resultados , adems de los resultados presentados en otros estudios y de su mal presentados en otros estudios y de su mal comportamiento observado en sismos intensos.comportamiento observado en sismos intensos.


2057.40

8.20 8.20 8.20 8.20 8.20 8.20

9.05

4 5 7 8

D

2 31 6

9.05

C

B

NNNDimensiones: mDimensiones: m

Edificio IR2CEdificio IR2C

Diseado usando Diseado usando =1=1

IR2C, Direccin NIR2C, Direccin N--S, Resistencia Nominal, S, Resistencia Nominal, AcelAcel. S56. S56--EWEW

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Envolvente de fluenciasEnvolvente de fluencias


Estos resultados muestran claramente que marcos de al Estos resultados muestran claramente que marcos de al menos dos crujas tienen un comportamiento ssmico ms menos dos crujas tienen un comportamiento ssmico ms favorable que marcos de una cruja dinmicamente favorable que marcos de una cruja dinmicamente equivalentes, an para estructuras irregulares. Se dise equivalentes, an para estructuras irregulares. Se dise con con =1.0=1.0 y su comportamiento es razonable an y su comportamiento es razonable an considerando resistencia nominal.considerando resistencia nominal.


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Factor de correccin por comportamiento degradante, Factor de correccin por comportamiento degradante, AAcdcd

Se ha venido discutiendo con insistencia el hecho que las normasde diseo por sismo de Mxico, en particular las NTCS-2004 (2004), no contemplan varias variables relevantes para el diseo de la resistencia lateral de estructuras ubicadas en terrenos blandos como los existentes en la ciudad de Mxico, donde se presentan grandes duraciones del movimiento del terreno.

Una de ellas es la no consideracin explcita de las demandas acumuladas de deformacin plstica, lo que resulta en una subestimacin de la resistencia lateral de diseo de estructurascon periodo de vibracin cercano al periodo del terreno (Tern 2005).

Factor de correccin por comportamiento degradante,Factor de correccin por comportamiento degradante, AAcdcd

Adems, como muchas de las disposiciones se han basado en estudios realizados en sistemas con comportamiento elastoplstico perfecto, no se toman en cuenta las particularidades del ciclo histertico y su efecto en las demandas de resistencia de las estructuras sismorresistentes, lo que puede resultar en una subestimacin importante de la resistencia lateral de estructuras que exhiben comportamiento degradante y periodo menor al periodo del terreno.

Modelos Modelos histerticoshisterticos con degradacin de rigidez considerados (Tern 2005)con degradacin de rigidez considerados (Tern 2005)

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Factor de correccin por comportamiento degradante,Factor de correccin por comportamiento degradante, AAcdcd

Por ello es que en el MOC-2008 se incluye ahora un factor de amplificacin por comportamiento degradante Acd para estructuras ubicadas en suelos blandos y que sean susceptibles a desarrollarcomportamientos histerticos con degradaciones de rigidez, como son las estructuras de concreto reforzado, entre otras, basado en la propuesta de Tern (2005).

Modelos Modelos histerticoshisterticos con degradacin de rigidez considerados (Tern 2005)con degradacin de rigidez considerados (Tern 2005)

5

1252

18.0

++=

s

e

cd

TT

ATern-Gilmore (2005)


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El factor Acd est dado por:

El factor propuesto est acotado a estructuras ubicadas en suelos blandos, dado que an no existe una propuesta concreta para otros tipos de terreno.

5

1232

180

++=

s

e

cd

TT

.A

1. Simetra en planta tanto en masas como en rigidez2. Relacin de esbeltez (H/B)

Todas las columnas deben restringirse en todos los pisos en dos direcciones ortogonales por el sistema de piso o trabes

10.La rigidez o la resistencia al corte de ningn entrepiso excede en ms 50% a la del entrepiso inmediato inferior, excepcin del piso superior.

11.En ningn entrepiso, la excentricidad torsional esttica debe exceder de es

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Correccin por IrregularidadCorreccin por Irregularidad

Correccin por irregularidadEl factor de reduccin Q, se multiplicar por un factor : =0.9 cuando no se cumpla con uno de los requisitos 1 a 9 de

regularidad. =0.8 cuando no cumpla con los requisitos 10 (piso suave), 11

(torsin) o con dos o ms de los requisitos restantes.=0.7 cuando la estructura sea fuertemente irregular.

En ningn caso el factor Q se tomar menor que uno.

Desplazamiento

Fuerza

Estructura IrregularEstructura Regular

Sistema elstico

QRQR

QR

QR

Diseo de Estructuras IrregularesDiseo de Estructuras Irregulares

regularirregular QQ =

=0.9 =0.9 una una irregulirregul, , =0.8=0.8 dos o ms, dos o ms, =0.7=0.7 fuertemente irregularfuertemente irregular

Desplazamiento

Fuerza

Estructura IrregularEstructura Regular

Sistema elstico

QR QR

QRQR

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Espectro de Diseo por Aceleracin VerticalEspectro de Diseo por Aceleracin Vertical

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

MOC-93

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MOC-2008

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