Vulnerabilidad en estructuras de acero

El Acero en la construcción en El Acero en la construcción en VenezuelaVenezuela

Preparado por:

Prof. Carolina Tovar

Sector Tecnología

FAU-UCV

Noviembre 2007

Vulnerabilidad en Estructuras de Acero

ContenidoContenido

Desempeño de las estructuras de acero en Desempeño de las estructuras de acero en

terremotos pasadosterremotos pasados

Pertinencia del conocimiento sismorresistente Pertinencia del conocimiento sismorresistente

Normas y códigos para el diseño Normas y códigos para el diseño

sismorresistente de estructuras de acerosismorresistente de estructuras de acero

Diseño sismorresistente conceptualDiseño sismorresistente conceptual

Resumen y conclusionesResumen y conclusiones

BibliografíaBibliografía

Fatalidades ocurridas por causa de terremotos: 1900 a 1990Fatalidades ocurridas por causa de terremotos: 1900 a 1990

Collapse of Masonry Buildings

Fire

Collapse of Timber Buildings

Other Causes

Landslides

Collapse of RC Buildings

Collapse of Masonry Buildings

Fire

Collapse of Timber Buildings

Other Causes

Landslides Collapse of RC Buildings

1900 - 1949 1950 - 1990

www.aisc.org

Algunas observaciones:Algunas observaciones:

Las estructuras de acero históricamente han Las estructuras de acero históricamente han tenido un buen desempeño durante la ocurrencia tenido un buen desempeño durante la ocurrencia de terremotos, esto se atribuye a:de terremotos, esto se atribuye a:

LigerezaLigerezaDuctilidadDuctilidadPoca ExposiciónPoca Exposición

A pesar de esto, estructuras de acero modernas A pesar de esto, estructuras de acero modernas han presentado problemas importantes en han presentado problemas importantes en terremotos recientes.terremotos recientes.

México, 1985. Complejo Pino Suárez

Northridge, 1994. No hubo colapso, pero sí severos daños internos

Northridge, 1994.

Falla típica en conexiones viga columna

Falla frágil

Pandeo local de una columna tubular cuadrada

Durante el terremoto de Durante el terremoto de NorthridgeNorthridge::

Daños severos en las conexiones vigaDaños severos en las conexiones viga--columna incluso en edificios recientescolumna incluso en edificios recientes

Falla frágil a nivel de la soldadura del ala Falla frágil a nivel de la soldadura del ala de la viga a la columnade la viga a la columna

Daños tomaron por sorpresa a los Daños tomaron por sorpresa a los profesionales del diseño y la construcciónprofesionales del diseño y la construcción

Conexión Pre-Northridge

Backup Bar

Beam Flange

Column FlangeStiffener

Weld Access Hole

Kobe, 1995. Apróximadamente 90 edificios de acero colapsaron

Kobe, 1995

Fractura en conexión viga-columna

Kobe, 1995. Fractura de una columna de acero (tubular cuadrado)

Pandeo local

ReflexionesReflexiones

Los casos anteriores muestran que los edificios modernos Los casos anteriores muestran que los edificios modernos de acero son vulnerables ante los terremotos.de acero son vulnerables ante los terremotos.

Terremotos recientes (1985 México ; 1994 Terremotos recientes (1985 México ; 1994 NorthridgeNorthridge; ; 1995 Kobe) han puesto en evidencia problemas de falla 1995 Kobe) han puesto en evidencia problemas de falla frágil en conexiones soldadas. frágil en conexiones soldadas.

Un cuidadoso diseño y detallado es necesario para Un cuidadoso diseño y detallado es necesario para garantizar el buen desempeño ante acciones sísmicas de las garantizar el buen desempeño ante acciones sísmicas de las estructuras de acero.estructuras de acero.

Las normas y códigos de diseño sismorresistente juegan un Las normas y códigos de diseño sismorresistente juegan un papel muy importante en el futuro de las edificaciones.papel muy importante en el futuro de las edificaciones.

ContenidoContenido









Sistema de Fallas Activas en Sistema de Fallas Activas en VenezuelaVenezuela

http://www.funvisis.gob.ve

Movimiento relativo de la Placa Sudamericana conrespecto a la Placa Caribe en es de 14,2 mm/a

http://www.funvisis.gob.ve/

Zonificación SísmicaZonificación Sísmica

http://www.funvisis.gob.ve

Peligro sísmico elevado


Reflexiones Reflexiones oo Las principales ciudades se encuentran Las principales ciudades se encuentran

asentadas en las zonas con mayor asentadas en las zonas con mayor peligrosidad sísmicapeligrosidad sísmica

oo Alrededor del 80% de la población venezolana Alrededor del 80% de la población venezolana habita en esas ciudadeshabita en esas ciudades

oo Los aspectos sismorresistentes nos Los aspectos sismorresistentes nos conciernenconciernen

Naturaleza de la configuración de Naturaleza de la configuración de un edificioun edificio

Forma y dimensiones Naturaleza, tamaño y ubicación de los elementos estructurales

Naturaleza, tamaño y ubicación de los elementos no estructurales

El arquitecto concibe y controla la El arquitecto concibe y controla la configuración del edificioconfiguración del edificio

ContenidoContenido









Normas y Códigos para diseño Normas y Códigos para diseño sismorresistentesismorresistente

NacionalesNacionales

oo “Edificaciones Sismorresistentes”, COVENIN“Edificaciones Sismorresistentes”, COVENIN--MINDUR 1756MINDUR 1756--98 98 (Rev. 2001) Capítulo x , configuración estructural, (Rev. 2001) Capítulo x , configuración estructural, irregularidadesirregularidades

oo “Estructuras de Acero para Edificaciones. Método de los “Estructuras de Acero para Edificaciones. Método de los Estados Límites” COVENINEstados Límites” COVENIN--MINDUR 1618MINDUR 1618--9898

InternacionalesInternacionalesoo 2005 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”2005 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings” AISC AISC

((AmericanAmerican InstituteInstitute ofof SteelSteel ConstructionConstruction))

ContenidoContenido









El sismo y las estructurasEl sismo y las estructuras

oo Fuerzas inercialesFuerzas inerciales

oo OscilaciónOscilación

oo Torsión Torsión

oo Disipación de energíaDisipación de energía

oo DañoDaño

El sismo y las estructurasEl sismo y las estructuras

• Fuerzas inerciales

F = m x a

El El sismosismo y y laslas estructurasestructurasPéndulo invertidoDeformación por flexión

Sismo

Deformación por corte

Sismo

• Oscilación• Daño• Disipación de energía

El Sismo y las estructurasEl Sismo y las estructurasTorsiónTorsión

Efecto deseable y predecible

El Sismo y las estructurasEl Sismo y las estructuras

TorsiónTorsión

Pórticos Resistentes a Momento

Oackland, California

Sistemas Resistentes

Zonas de protección

Protected Zones

Pórticos con diagonales concéntricasPórticos con diagonales concéntricas

Diagonal simple V-invertida V

X X de dos niveles


Protected Zones

Diagonales en V invertida Diagonales en X

Pórticos con diagonales excéntricas y eslabón

e e e e

ee

e

e

Link

Link


Protected Zones

Respuesta Inelástica del eslabón en el centro de la viga

Respuesta Inelástica del eslabón adyacente a la columna

Eslabón en el centro de la viga

Taipei, Taiwan

Torre de Control, Aeropuerto de LosAngeles

Aeropuerto de San Francisco

Taipei, Taiwan

Problemas de diseñoProblemas de diseñooo Necesidad de algún tipo de sistema Necesidad de algún tipo de sistema

resistente a cargas lateralesresistente a cargas laterales

oo Consecuencias de la toma de Consecuencias de la toma de decisiones en el diseño arquitectónicodecisiones en el diseño arquitectónico

oo Tolerancia en el diseñoTolerancia en el diseño

oo Estilos de diseño no realizados con Estilos de diseño no realizados con efectos sísmicos en menteefectos sísmicos en mente

Configuración en planta de un Configuración en planta de un edificioedificio

oo Altura, ancho y proporciónAltura, ancho y proporción

oo SimetríaSimetría

oo Distribución y concentración de fuerzasDistribución y concentración de fuerzas

oo Plantas con entrantes y salientesPlantas con entrantes y salientes

Altura, ancho y proporciónAltura, ancho y proporción

RecomendadoH/B ≤ 4L/B ≤ 4,501756-98(2001)

SimetríaSimetría

Simetría Estructural

o El centro de masa y el centro de rigidez están en el mismo punto

Simetría EstructuralSimetría Estructuraloo Falsa simetríaFalsa simetría

Fuerzas inerciales actúan en el centro de masa

Falta de simetría estructural produce torsión

Casos de Falsa simetríaCasos de Falsa simetría

Distribución de fuerzasDistribución de fuerzas

oo Líneas ResistentesLíneas Resistentes

Redundancia

Plantas con entrantes y salientesPlantas con entrantes y salientes

Concentración de esfuerzos y torsión

Plantas con entrantes y salientesPlantas con entrantes y salientesEl problema está influenciado por:El problema está influenciado por:oo La masa del edificioLa masa del edificiooo El sistema estructuralEl sistema estructuraloo La proporción de los cuerposLa proporción de los cuerpos

Soluciones

Configuración en elevación de un Configuración en elevación de un edificioedificio

oo Cambios abruptos en la Cambios abruptos en la geometríageometría

oo Cambios abruptos de Cambios abruptos de masas y masas y rigidecesrigideces

Hillside

Soft Story

Setbacks

Short Column

Cambios abruptos en la geometríaCambios abruptos en la geometríaLas columnas deben ser continuas Las columnas deben ser continuas desde el tope hasta la fundacióndesde el tope hasta la fundación

A

0.75A

Recomendación SEAOC

Cambios abruptos de rigidezCambios abruptos de rigidez

o Por discontinuidad de elementos estructurales

• Cuando un nivel es singularmente más alto que sus niveles adyacentes, ocasionando decremento de su rigidez.


Ejemplo de falla por piso blandoEjemplo de falla por piso blandoEdificio Casa Edificio Casa MicasaMicasa, , Managua 1972Managua 1972

Cambios abruptos de rigidezCambios abruptos de rigidezo Por variación en la longitud de las columnas

Efecto columna cortaEfecto columna corta

Cambios abruptos de masasCambios abruptos de masas

Diferencias mayores o iguales a un 30% = Irregularidad

ContenidoContenido









Resumen y ConclusionesResumen y Conclusiones

oo Efecto de la configuraciónEfecto de la configuración

oo ResponsabilidadesResponsabilidades

oo Recomendaciones para el diseñoRecomendaciones para el diseño

ContenidoContenido









BibliografíaBibliografíaLibros de Consulta y NormasLibros de Consulta y Normas

AmbroseAmbrose J. “Análisis y Diseño de Estructuras”. LIMUSA. Segunda edición.J. “Análisis y Diseño de Estructuras”. LIMUSA. Segunda edición. 1998.1998.ArnalArnal, H. Manual para el proyecto de edificaciones de concreto armado, H. Manual para el proyecto de edificaciones de concreto armado. . COVENINCOVENIN--MINDUR. 1986.MINDUR. 1986.Arnold C. and Arnold C. and ReithermanReitherman R. “Building Configuration and Seismic Design”. John R. “Building Configuration and Seismic Design”. John Wiley and Sons. 1982. New York.Wiley and Sons. 1982. New York.BazánBazán E. y E. y MeliMeli R. “Diseño Sísmico de edificios”. LIMUSA. 2000. México.R. “Diseño Sísmico de edificios”. LIMUSA. 2000. México.Bolt B. “Earthquakes”. W. H. Freeman and Company. Fourth EditionBolt B. “Earthquakes”. W. H. Freeman and Company. Fourth Edition. 1999. New . 1999. New York.York.FratelliFratelli M. “Edificios Altos”. 1998.M. “Edificios Altos”. 1998.MurtyMurty C.VC.V. “Earthquake tip. Learning Earthquake Design and Construction”.. “Earthquake tip. Learning Earthquake Design and Construction”.Indian Institute of Technology, KampurIndian Institute of Technology, Kampur--India. August 2002. India. August 2002. http://www.nicee.orghttp://www.nicee.orgEdificaciones Sismorresistentes. COVENIN 1756Edificaciones Sismorresistentes. COVENIN 1756--98 (Rev. 2001)98 (Rev. 2001)Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic HazardRapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook. s: A Handbook. FEMA 154 Second Edition

En la WebEn la Webhttphttp://://www.aisc.orgwww.aisc.orghttp://www.ideers.bris.ac.uk/http://www.ideers.bris.ac.uk/http://nisee.berkeley.edu/lessons/arnold.htmlhttp://nisee.berkeley.edu/lessons/arnold.htmlhttp://nisee.berkeley.edu/lessons/bertero.htmlhttp://nisee.berkeley.edu/lessons/bertero.htmlhttp://w3.whosea.org/gujarat/finalreport18.htmhttp://w3.whosea.org/gujarat/finalreport18.htmhttphttp://://www.funvisis.gob.vewww.funvisis.gob.ve

http://www.nicee.org/

http://nisee.berkeley.edu/lessons/bertero.html

http://w3.whosea.org/gujarat/finalreport18.htm


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