Daniel Quiun Profesor, Pontificia Universidad Católica del Perú Prisma Ingenieros S.A.C. Trujillo, 24 Oct. 2014 201 4
Introducción
•
PERU: país sísmico
Placa de Nazca y Placa Sudamericana
Introducción
•
PERU: país sísmico
Placa de Nazca y Placa Sudamericana
Introducción
TERREMOTOS IMPORTANTES • • • • • • • • • • • •
1746 Lima 1868 Arica-Tacna 1940 Lima 1966 Lima 1970 Chimbote 1974 Lima 1979 Arequipa 1986 Cusco 1991 Rioja 1996 Nazca 2001 Areq-Moq-Tacna 2007 Pisco
Chimbote 1970
1966 1974 2007
Ica Ayacucho 1996 Arequipa 2001 Moquegua Tacna
Introducción
Normas Sismorresistentes 1977
1997
1970
2003
Introducción
“Influencia” de las irregularidades • Clasificación de irregularidad: planta y
elevación • Condiciona método de análisis: – Método estático: Hasta 15 pisos o 5 para irregulares – Método dinámico: Todas las estructuras
• Limita uso de la estructura (edificios esenciales
deben ser regulares).
Introducción
Norma Diseño Sismorresistente 2003 2003: Revisión de la Norma de 1997 (después del terremoto de Atico 2001) Cambios significativos: •
•
•
Forma del espectro (se eliminó exponente) Valores de R (÷ 1.25, para pasar a Vu) Redujo cálculo del desplazamiento (x ¾ R)
Introducción
Cortante en la base en NTE E.030-2003 Fuerza factorada
V 2003
ZUCS P V u R2003 C/R
V 2003
0.125 V 1997 x1, 25
MVCS-SENCICO
Contenido de la Norma E.030 (2014) • • • • •
Cap.1 Generalidades Cap.2 Peligro Sísmico Cap.3 Categoría, Sistema Estructural y Regularidad de las Edificaciones Cap.4 Análisis Estructural Cap.5 Requisitos de Rigidez, Resistencia y Ductilidad
… Contenido • • •
• • •
Cap.6 Elementos No Estructurales, Apéndices y Equipos Cap. 7 Cimentaciones Cap. 8 Evaluación, Reparación y Reforzamiento de Estructuras Cap. 9 Instrumentación Anexo 1 Zonificación Sísmica Anexo 2 Procedimiento Sugerido para la Determinación de las Acciones Sísmicas
Introducción
Principios del diseño sismorresistente (2003) (ISO 3010) • a) La estructura no debería colapsar, ni causar graves daños a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. (estado último). • b) La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables (estado de servicio). • Norma E.070 Albañilería: sismo moderado es aquel
con fuerzas iguales a la mitad del sismo severo.
CAP.1 Generalidades 1.3 Principios del diseño sismorresistente (2014) • a) y b) se mantienen y • C) Para las edificaciones
esenciales, definidas en la Tabla Nº 5, se tendrán consideraciones especiales orientadas a lograr que permanezcan en condiciones operativas luego de un sismo si smo severo. Daños en HNCASE Arequipa 2001
COMITÉ TECNICO INSTITUCION CISMID
Colegio de Ingenieros del Perú
Instituto Geofísico del Perú Universidad Nacional de Ingeniería Universidad Ricardo Palma
NOMBRE Dr. Javier Piqué del Pozo Dr. Carlos A. Zavala Toledo Toledo Ing. Luis Zegarra Ciquero Ing. Daniel Quiun Wong Ing. Isabel Bernal Esquía Dr. Hernando Tavera Huarache Dr. Hugo Scaletti Farina
Ing. Eduardo Cabrejos De La Cruz
Pontificia Universidad Católica del Ing. Alejandro Muñoz Peláez Perú Universidad Nacional Federico Villarreal SENCICO
Ing. Gianfranco Ottazzi Pasino Ing. Roque A. Sánchez Cristóbal Ing. Marcos Tinman Behar Ing. Manuel Olcese Franzero.
COMITÉ TECNICO
Anexo 2. Procedimiento Sugerido para la Determinación de las Acciones Sísmicas • Las acciones sísmicas para el diseño estructural dependen de la zona sísmica ( Z ), del perfil de suelo (S, T P , T L), del uso de la edificación (U ), del sistema sismorresistente ( R) y las características dinámicas de la edificación (T, C ) y de su peso ( P ).
Cap.2 Peligro Sísmico
Etapa 1 - Peligro Sísmico
Los pasos de esta etapa dependen solamente del lugar y las características del terreno de fundación del proyecto.
Las características del edificio no intervienen en esta etapa.
Mapas Sísmicos 1970
1977
1997
2003
Zonificación Norma 1997-2003 Tabla N° 1 FACTORES DE ZONA ZONA
Z
3
0,40
2
0,30
1
0,15
Zonificación Sísmica Propuesta Norma 2014 Tabla N°1 FACTORES DE ZONA ZONA Z 4 0,45 3 0,35 2 0,25 1 0,10
Nueva Zona 4, mayor valor
ANEXO N° 1 ZONIFICACIÓN SÍSMICA • Zonificación Sísmica por provincias y distritos
Condiciones Geotécnicas • Se definen 4 tipos de suelo y S 0 para roca sana Tabla Nº 2. Clasificación de los Perfiles de Suelo
Perfil S0 S1 S2 S3 S4
V s
N 60
s u
> 1500 m/s >100 kPa 500 m/s a 1500 m/s > 50 180 m/s a 500 m/s 15 a 50 50 kPa a 100 kPa < 180 m/s < 15 25 kPa a 50 kPa Clasificación basada en el EMS
Los parámetros del suelo se determinan como un promedio para los estratos de los primeros 30m, a partir del nivel del fondo de cimentación. • En el caso de cimentación profunda, se considera desde el cabezal de los pilotes. •
Para clasificar el perfil de Suelo
Parámetros de sitio (S , T P y T L )
• El factor S ya no depende solo del suelo, sino
también de la Zona (Espectros de Peligro Uniforme) Tabla N° 3
FACTOR “S ”
SUELO ZONA
Z4 Z3 Z2 Z1
S0
S1
S2
S3
0,80 0,80 0,80 0,80
1,00 1,00 1,00 1,00
1,05 1,15 1,20 1,60
1,10 1,20 1,40 2,00
Los valores de S de la Norma 2003 solo dependen del suelo. Iguales a los de Z2
• Los valores de TP se mantienen, es decir, solo
dependen del suelo, se agrega un nuevo valor TL. Tabla N° 4 Periodo “T P ” y “T L ”
Perfil de suelo
T P ( s) T L( s)
S0 0,3 3,0
Nuevo
S1 0,4 2,5
S2 0,6 2,0
S3 1,0 1,6
Factor de Amplificación Sísmica “C”
Amplificación Amplificació n de las Solicitaciones Sísmicas
Lima, Tacna, Trujillo (Zona 4) Z=0.45 (actual Z=0.40)
S1 S2 S3
0.45x1x2.5= 1.125 0.45x1.05x2.5 =1.18 0.45x1.1x2.5= 1.24
Cangallo - Ayacucho (Zona 3) Z=0.35 (actual Z=0.40)
S1 S2 S3
0.35x1x2.5= 0.875 0.35x1.15x2.5 =1.006 0.35x1.2x2.5= 1.05
Cusco (Zona 2) Z=0.25 (actual Z=0.30)
S1 S2 S3
0.25x1x2.5= 0.625 0.25x1.2x2.5= 0.75 0.25x1.4x2.5= 0.875
Iquitos (Zona 1) Z=0.10 (actual Z=0.15)
S1 S2 S3
0.10x1x2.5= 0.25 0.10x1.6x2.5= 0.40 0.10x2.0x2.5= 0.50
Comparación de Espectros de Desplazamiento
Lima, Tacna, Trujillo (Zona 4)
Cap.3 Categoría, Sistema Estructural y Regularidad
Etapa 2:Caracterización del Edificio
Nota 2: En estas edificaciones deberá proveerse resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales, a criterio del proyectista.
Hospitales : Categoría de Edificación A1
Categoría de Edificación A2: Colegios, univ., aeropuertos
Sistemas de Aislamiento Sísmico y Disipación de Energía Numeral 3.9
Se permite la utilización de sistemas de aislamiento sísmico o de sistemas de disipación de energía en la edificación
Diseño en base a “Minimum Design Loads for Building and Other Structures”, ASCE/SEI 7-10, Structural Engineering Institute of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA, 2010.
Se requiere una supervisión técnica especializada a cargo de un ingeniero civil.
Edificios sin Aislamiento
Edificios con Aislamiento
Aulario Ingeniería PUCP
Aislador VULCO
Edificios sin Disipadores
Edificios con Disipadores
Aeropuerto “Jorge Chávez” Callao
Edificio en Surco, Lima
Sistemas Estructurales •
Estructuras de Concreto Armado: – Pórticos . Por lo menos el
80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos. – Muros Estructurales . Sobre los muros estructurales actúa por lo menos el 70 % del cortante en la base. – Dual. Las acciones sísmicas son resistidas por una combinación de pórticos y muros estructurales. La fuerza cortante que toman los muros varía entre el 20 % y el 70 % del cortante del edificio. Los pórticos deberán ser diseñados para resistir por lo menos 30% del cortante en la base.
Estructuras de Concreto Armado: Pórticos, de Muros, Duales
•
Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada (EMDL). muros de concreto armado de espesores reducidos, en los que se prescinde de extremos confinados y el refuerzo vertical se dispone en una sola capa. Máximo 7 pisos.
Edificaciones de Muros de Ductilidad Limitada (EMDL). Ejm. Muros de t=0.10m, losas h=0.10m.
• Estructuras de Acero: •
•
•
•
•
•
Pórticos Especiales Resistentes a Momentos (SMF) Estos pórticos deberán proveer una significativa capacidad de deformación inelástica a través de la fluencia por flexión de las vigas y limitada fluencia en las zonas de panel de las columnas. Las columnas deberán ser diseñadas para tener una resistencia mayor que las vigas cuando estas incursionan en la zona de endurecimiento por deformación. Pórticos Intermedios Resistentes a Momentos (IMF) Estos pórticos deberán proveer una limitada capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones. Pórticos Ordinarios Resistentes a Momentos (OMF) Estos pórticos deberán proveer una mínima capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones. Pórticos Especiales Concéntricamente Arriostrados (SCBF) Estos pórticos deberán proveer una significativa capacidad de deformación inelástica a través de la resistencia post-pandeo en los arriostres en compresión y fluencia en los arriostres en tracción. Pórticos Ordinarios Concéntricamente Arriostrados (OCBF) Estos pórticos deberán proveer una limitada capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones. Pórticos Excéntricamente Arriostrados (EBF) Estos pórticos deberán proveer una significativa capacidad de deformación inelástica principalmente por fluencia en flexión o corte en la zona entre arriostres.
Pórticos de Acero Arriostrado
•
Estructuras de Albañilería – Edificaciones
cuyos elementos sismorresistentes son muros a base de unidades de albañilería de arcilla o concreto. Para efectos de esta Norma no se hace diferencia entre estructuras de albañilería confinada o armada.
– (E.070:
Las edificaciones de albañilería confinada están limitadas en altura a cinco pisos o 15 m)
•
Estructuras de Madera Se consideran en este grupo las edificaciones cuyos elementos resistentes son principalmente a base de madera. Se incluyen sistemas entramados y estructuras arriostradas tipo poste y viga.
•
Estructuras de Tierra Son edificaciones cuyos muros son hechos con unidades de albañilería de tierra o tierra apisonada in situ.
Sistemas Permitidos
Sistemas Estructurales y Coeficiente Básico de Reducción de Fuerzas Sísmicas ( R0)
Factores de Irregularidad • El factor I a : irregularidad en altura, Tabla N°8 • El factor I p : irregularidad en planta: Tabla N°9 • El factor de reducción final: se calcula como:
R = R 0 I a I p • Si la estructura tuviera varias irregularidades
se considerará el menor factor de cada tipo.
Irregularidad de Masa o Peso Se tiene irregularidad de masa (o peso) cuando el peso de un piso, determinado según el numeral 4.3, es mayor que 1,5 veces el peso de un piso adyacente. Se exceptúan los techos cuyo peso sea inferior al del piso inmediato inferior.
0,90
Irregularidad Geométrica Vertical La configuración es irregular cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, la dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 1,3 veces la correspondiente dimensión en un piso adyacente. Este criterio no se aplica en azoteas ni en sótanos.
0,90
Ejemplos de Irregularidad
Edificio Garden City Irregularidad Presente: Esqui nas Entrantes: factor de ir regul ari dad I p = 0.90 R= R 0 I a I p Rx=Ry=7 0.90=6.3
Irregularidad Presente: I r regul ari dad Geomé tr ica Ver tical: factor de irregul aridad I a =0.90 I r regulari dad Torsional: factor de ir regulari dad I p = 0.75
Rx=Ry=7 0.75 0.90=4.73
Si tuviera 1er piso doble altura, I rregul. De Piso Bl ando I a = 0.75 (menor a 0.90) Rx=Ry=7 0.75 0.75 = 3.94
I rregularidad de Rigidez Piso Bl ando I a = 0.75 –
I rregularidad de Rigidez
–
Piso Blando I a = 0.75
I rregul aridad de M asa o Peso I a = 0.90
I rregulari dad de Disconti nuidad del Diafr agma I a = 0.85
Importante: No se permiten “ Irregularidades Extremas”
Restricciones Irregularidades Tabla N° 10 CATEGORÍA Y REGULARIDAD DE LAS EDIFICACIONES Categoría de la Edificación. A1 y A2 B
C
Zona
Restricciones
4, 3 y 2 1 4, 3 y 2 1 4y3
No se permiten irregularidades No se permiten irregularidades extremas No se permiten irregularidades extremas Sin restricciones No se permiten irregularidades extremas No se permiten irregularidades extremas excepto en edificios de hasta 2 pisos u 8 m de altura total Sin restricciones
2 1
• Existe irregularidad extrema cuando: – Rigidez: la distorsión (deriva) de entrepiso es mayor
que 1,6 veces el correspondiente valor del entrepiso inmediato superior, o es mayor que 1,4 veces el promedio de las distorsiones de entrepiso en los tres niveles superiores adyacentes.
– Resistencia: la resistencia de un entrepiso frente a
fuerzas cortantes es inferior a 65 % de la resistencia del entrepiso inmediato superior.
– Torsión:el máximo desplazamiento relativo de
entrepiso en un extremo del edificio, calculado incluyendo excentricidad accidental, es mayor que 3 veces el desplazamiento relativo del extremo opuesto del mismo entrepiso para la misma condición de carga.
– Discontinuidad de los sistemas estructurales : la
fuerza cortante que resisten los elementos discontinuos supera el 25 % de la fuerza cortante total.
NO SE PERMITEN SISTEMAS DE TRANSFERENCIA • En las zonas sísmicas 4, 3 y 2 no se permiten los
sistemas de transferencia en los que más del 25% de las cargas de gravedad o de las cargas sísmicas en cualquier nivel sean soportadas por elementos verticales que no son continuos hasta la cimentación
Cap.4 Análisis Estructural
Etapa 3: Análisis Estructural 176
261 ton
• Las estructuras de concreto armado y albañilería
podrán ser analizadas considerando las inercias de las secciones brutas, ignorando la fisuración y el refuerzo. • No hay modificación en la estimación del peso P para el análisis sísmico.
V
Z U S C
R
P
Procedimientos de Análisis • Se mantienen los 2 procedimientos de análisis: – Análisis Estático o de Fuerzas estáticas Equivalentes – Análisis Dinámico Modal Espectral • Se presenta el procedimiento de Análisis Dinámico
Tiempo-Historia; sin embargo, éste no puede sustituir a los anteriores para efectos de diseño.
Análisis Estático
Fuerza Cortante Mínima del Análisis Dinámico • Se aclaró que ésta depende del cortante basal
calculado para el método estático, en el cual los períodos se calcularán con la siguiente expresión: T = hn / Ct donde • Ct = 35, 45, o 60 según el sistema estructural
Estimación del Periodo de Vibración
ó
n P i d i T 2 i n g f i d i i 2
1
1
• Cuando el análisis no considere la rigidez de
los elementos no estructurales, el periodo fundamental T deberá tomarse como 0,85 del valor obtenido con la formula precedente.
Cap.5 Rigidez, Resistencia y Ductilidad
Etapa 4: Validación de la Estructura Revisión de Hipótesis Irregularidades Distorsión de entrepiso
Revisión de las Hipótesis del Análisis • Con los resultados de los análisis se
revisarán los factores de irregularidad aplicados. • En base a éstos se verificará si los valores de R se mantienen o deben ser modificados. • En caso de haberse empleado el procedimiento de análisis estático deberá verificarse si es una estructura irregular.
Restricciones a la Irregularidad • Verificar las restricciones a la irregularidad de
acuerdo a la categoría y zona de la edificación en la Tabla N° 10. • De existir irregularidades o irregularidades extremas en edificaciones en las que no están permitidas según esa Tabla, se debe modificar la estructuración y repetir el análisis hasta lograr un resultado satisfactorio.
Distorsión Permisible • Se calculan los desplazamientos laterales Estructuras regulares : 0,75 R x Δ Estructuras irregulares : 0,85 R x Δ
Distorsión Permisible •
Verificar que la distorsión máxima de entrepiso obtenida con los desplazamientos calculados en el paso anterior sea menor que lo indicado en la Tabla N° 11. De no cumplir se debe revisar la estructuración y repetir el análisis hasta cumplir con el requerimiento. Tabla N° 11 LÍMITES PARA LA DISTORSIÓN DEL ENTREPISO Material Predominante
(
i /
hei )
Concreto Armado
0,007
Acero
0,010
Albañilería
0,005
Madera
0,010
Edificios de concreto armado de ductilidad limitada
0,005
• Redundancia: Para los elementos de la
estructura, con fuerzas de 30 % o más del total, en cualquier entrepiso, dicho elemento deberá diseñarse para el 125 % de dicha fuerza. •
Resistencia última: ASCE/SEI 41 SEISMIC REHABILITATION OF EXISTING BUILDINGS. Esta disposición no constituye una exigencia de la presente Norma.
Cap.6 Elem. No Estruct., Apéndices y Equipos
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES •
Se ha modificado totalmente este capítulo Se consideran como elementos no estructurales aquellos que, estando o no conectados al sistema resistente a fuerzas horizontales, aportan masa al sistema pero su aporte a la rigidez no es significativo. - Cercos, tabiques, parapetos,
paneles prefabricados. - Elementos arquitectónicos y decorativos cielos rasos, enchapes. - Vidrios y muro cortina. - Instalaciones hidráulicas y sanitarias. - Instalaciones eléctricas. - Instalaciones de gas. - Equipos mecánicos. - Mobiliario cuya inestabilidad signifique un riesgo.
Fuerzas de Diseño Fuerza sísmica horizontal en cualquier dirección ( F ) asociada a su peso (P e ), cuya resultante podrá suponerse aplicada en el centro de masas del elemento
En Norma vigente no depende del piso en el que esté el elemento no estructural
Tabla N° 12 VALORES DE C1 - Elementos que al fallar puedan precipitarse fuera de la edificación y cuya falla entrañe peligro para personas u otras estructuras. - Muros y tabiques dentro de una edificación.
3,0
- Tanques sobre la azotea, casa de máquinas, pérgolas, parapetos en la azotea.
3,0
- Equipos rígidos conectados rígidamente al piso.
1,5
2,0
Cap.8 Eval. Reparación y Reforz. De Estructuras
EVALUACIÓN, REPARACIÓN y REFORZAMIENTO Evaluación de estructuras dañadas por sismos • Las estructuras dañadas por sismos deben ser evaluadas y reparadas de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron los daños y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico. • Ocurrido el sismo, la estructura deberá ser evaluada por un ingeniero civil, quien deberá determinar si es necesario el reforzamiento, reparación o demolición de la estructura. El estudio deberá necesariamente considerar las características geotécnicas del sitio. •
EVALUACIÓN, REPARACIÓN y REFORZAMIENTO
Reparación y reforzamiento • La reparación deberá ser capaz de dotar a la estructura de una combinación adecuada de rigidez, resistencia y ductilidad que garantice su buen comportamiento en eventos futuros. • El proyecto de reparación o reforzamiento incluirá los detalles, procedimientos y sistemas constructivos a seguirse. •
EVALUACIÓN, REPARACIÓN y REFORZAMIENTO
Reforzamiento de estructuras existentes Para el reforzamiento sísmico de edificaciones existentes se podrá emplear otros criterios y procedimientos diferentes a los indicados en el RNE, con la debida justificación y con aprobación del propietario y de la autoridad competente.
Cap.9 Instrumentación
INSTRUMENTACIÓN
Las edificaciones que tengan un área techada igual o mayor que 10000 m2, deberán contar con una estación acelerométrica, instalada a nivel del terreno natural o en la base del edificio. Dicha estación deberá ser provista por el propietario, conforme a las especificaciones técnicas aprobadas por el Instituto Geofísico del Perú (IGP). • En caso de edificaciones con más de 20 pisos, se requerirá además de una estación acelerométrica en la base, otra adicional, en la azotea o en el nivel inferior al techo. •
Serán requisitos para el otorgamiento de licencias de construcción, bajo responsabilidad del funcionario que la suscriba, verificar: • La ubicación de la estación acelerométrica en los planos del proyecto. • Las especificaciones técnicas, sistemas de conexión y transmisión de datos aprobadas por el Instituto Geofísico del Perú.
Anexo 1 ZONIFICACIÓN SÍSMICA • Las zonas sísmicas en que se divide el territorio peruano, para fines de esta Norma se muestran en la Figura 1. • A continuación se especifican las provincias y distritos de cada zona. • • • • •
Colores de acuerdo al mapa: Zona 1: Verde claro Zona 2: Verde oscuro Zona 3: Amarillo Zona 4: Rojo
Anexo 2 PROCEDIMIENTO SUGERIDO DETERMINACIÓN DE LAS SÍSMICAS (4 etapas)
PARA LA ACCIONES
• ETAPA 1: PELIGRO SÍSMICO (Capítulo 2) • Los pasos de esta etapa dependen solamente del lugar
y las características del terreno de fundación del proyecto. No dependen de las características del edificio. • Paso 1 Factor de Zona Z (Numeral 2.1) etc ….
AGRADECIMIENTOS: - Todos los Miembros del Comité -Dr. Javier Piqué del Pozo -Ing. Alejandro Muñoz Peláez -Ing. Marcos Tinman -SENCICO
