Diseño Sismo Resistencia-Universidad de Columbia-OK

V DISEÑO SISMO RESISTENTE Generalidades Ductilidad y sismo resistencia La energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Curso va Diseño basado en fuerzas en la 1 Diseño basado en desplazamientos Normatividad Colombiana NSR-98 Diseño de elementos no estructurales Josef Farbiarz F.

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V.10

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“Si un ingeniero civil ha de adquirir una experiencia provechosa en un breve lapso, expóngasele los conceptos de la ingeniería sísmica; no importa que después vaya a trabajar en un lugar donde no tiemble.” N.M.Newmark E. Rosenblueth V.2 Josef Farbiarz F.

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CRITERIOS DE DISEÑO Variables determinísticas – Incertidumbre pequeña – Fallas evitables Variables aleatorias – Grandes incertidumbres – Posibilidades de falla

V.3 Josef Farbiarz F.

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CRITERIOS DE DISEÑO Cada vez que un sismo, aún con intensidad moderada, sacude un centro urbano, se ponen de manifiesto todos los errores cometidos durante el diseño y la construcción.


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IV DISEÑO SISMO RESISTENTE Generalidades Ductilidad y sismo resistencia La energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas Diseño basado en desplazamientos Normatividad Colombiana NSR-98 Diseño de elementos no estructurales Josef Farbiarz F.

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V.5

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Ductilidad y sismo-resistencia Ductilidad Es la habilidad que un material posee para deformarse plásticamente, es decir, la relación entre la deformación última y la deformación en el punto de cedencia Tenacidad Es la cantidad de energía que un material absorbe antes de fallar.

Área bajo el tramo elástico es una medida de la resistencia

Tensión

Ductilidad Área bajo la curva es la tenacidad

fy

εu

εy Deformación

Josef Farbiarz F.

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V.6

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Absorción y disipación de energía Para ilustrar la diferencia entre éstos dos términos se presenta en la siguiente figura la respuesta de dos materiales con comportamiento de deformación similar, pero con recuperaciones diferentes bajo descarga.

Tensión

Material I Material II

fy

εu

εy Deformación


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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Diseño elástico vs. Respuesta inelástica No es económicamente viable diseñar una estructura con base en fuerzas calculadas con un espectro de respuesta elástico. Si el edificio puede deformarse plásticamente, puede utilizarse fuerzas menores a las elásticas para el diseño. Mientras mayor sea la incertidumbre en la magnitud del sismo esperado, en las propiedades de los materiales y del suelo, mayor deberá ser la energía disipada. Aunque es conveniente que una estructura sufra deformaciones plásticas durante eventos sísmicos severos de baja recurrencia, éstas deben controlarse para evitar el colapso o cualquier efecto que ponga en peligro la vida. V.8 Josef Farbiarz F.

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Factores de ductilidad El factor de ductilidad se define como la relación entre la deformación última y la deformación en el punto de fluencia. Sin embargo, su caracterización no es tan sencilla como en un ensayo simple de tracción directa. En una estructura, las deformaciones pueden ser desplazamientos de un elemento, desplazamientos relativos entre pisos, rotaciones, curvaturas, etc. Los valores numéricos de la ductilidad expresada con base en diferentes tipo de deformación no son los mismos, por lo que es sumamente importante especificar qué tipo de ductilidad se está trabajando en cada caso. V.9 Josef Farbiarz F.

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Especificación de los factores de ductilidad Si el comportamiento de un material es perfectamente elasto-plástico, la ductilidad no sólo define la deformación máxima, sino que define también la energía disipada. Sin embargo, en la realidad los materiales no tienen comportamiento ideal. F Ideal

Real

δ

La estructura real no tiene un punto de fluencia definido. V.10

Josef Farbiarz F.

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Existen muchas propuestas para la definición del punto de fluencia. Entre otros, pueden citarse: • deformación correspondiente a la formación de la primera rótula plástica • deformación al momento del colapso incipiente (estructura perfectamente elástica) • punto de fluencia de una estructura elasto-plástica que absorbe la misma energía que la real. Cuando hay deformaciones cíclicas el problema se complica


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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Los factores de ductilidad se dividen en términos de ductilidad global y ductilidad local. Ductilidad Global Se basa generalmente en la medida del desplazamiento lateral de la estructura

F

m

mu&&s

Elástica Elasto-plástica

δ Josef Farbiarz F.

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V.12

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) Ductilidad Local Existen diversos métodos analíticos para determinar la ductilidad demandada de una estructura. Idealmente, el ingeniero debería poder detallar su estructura proveyéndola con la ductilidad requerida. Sin embargo, las incertidumbres generadas por los modelos matemáticos simplificados hacen que siempre deba proveerse con mayor ductilidad que la demandada. El suministro de ductilidad global lateral en un edificio puede lograrse localizando secciones determinadas, en algunos elementos, que desarrollen grandes deformaciones inelásticas V.13 Josef Farbiarz F.

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Ductilidad y sismo-resistencia (Continuación...) La ductilidad local requerida de los elementos puede exceder significativamente la ductilidad global. Los puntos críticos se escogen garantizando que la fluencia en ellos no ocasione el colapso de la estructura


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V.15

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La energía y la sismo-resistencia Tradicionalmente, el factor de ductilidad asociado al desplazamiento se ha utilizado como criterio para establecer el espectro de respuesta inelástica para el diseño sismo resistente de edificios. De allí, la resistencia mínima requerida (capacidad de resistir fuerzas laterales) en un edificio se estima con base en ese espectro. Desde 1956, Housner propuso un procedimiento alternativo basado en el uso de la energía. Se utilizó un poco en la década de los años 60, pero sólo a partir de 1985 ha llamado de nuevo la atención de los investigadores. V.16 Josef Farbiarz F.

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La energía y la sismo-resistencia (Continuación...) Demanda El método se basa en la premisa de que es posible predecir la demanda de energía durante un sismo, así como es posible establecer la provisión de energía de un elemento, o de un sistema estructural. La energía de entrada de un sistema puede expresarse como:  n  EL =  mi u&&Ti dus  i =1  donde :

∫∑

Energía demandada

EL : energía demandada mi : masa asociada al n - ésimo piso uS : desplazamiento del suelo


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La energía y la sismo-resistencia (Continuación...) Provisión La provisión puede considerarse compuesta por la energía elástica almacenada, EE, más la energía disipada, ED. EE está compuesta, a su vez, por EK, energía cinética, y Eδ, energía de deformación elástica. mu& 2

EK =

T

2

∫

Eδ = kudu Por su parte, la energía disipada consta también de dos partes, la energía de amortiguamiento, EA, y la energía histerética, EH.

∫

E A = cu&du

∫

EH = fr du Josef Farbiarz F.

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V.18

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La energía y la sismo-resistencia (Continuación...) Si no es posible balancear la demanda mediante EE y ED, es necesario aumentar la provisión. Para ello, puede incrementarse la energía disipada mediante el aumento de EA, el aumento de EH, o el aumento simultáneo de ambos. Lo más común es aumentar EH mediante la entrada al intervalo plástico (comportamiento inelástico), pero esto representa usualmente un alto nivel de daños. Existen dos alternativas: •disminuir la demanda, o •aumentar el amortiguamiento V.19 Josef Farbiarz F.

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V.20

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Disminución de la demanda de energía Control Pasivo Recientemente, se ha reconocido la posibilidad de disminuir la demanda mediante la incorporación de mecanismos de absorción de energía. A esto se le llama control pasivo. El aislamiento basal y el amortiguador de masa sintonizada, AMS *, y los amortiguadores mecánicos, son ejemplos de control pasivo. * En la literatura en inglés se les llama Tuned Mass Damper, TMD V.21 Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín

Disminución de la demanda de energía El AMS consiste en un bloque rígido, con aproximadamente el 1 % de la masa total de la estructura, que se coloca en la parte superior de la edificación, conectado a través de resortes y amortiguadores y con dos grados de libertad en direcciones ortogonales, en el plano horizontal. Este tipo de acción pasiva funciona bien para viento. V.22 Josef Farbiarz F.

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Disminución de la demanda de energía Aislamiento basal 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 energía sísmica, disminuyendo así el desplazamiento relativo entre los diferentes elementos estructurales. Plomo Cubierta de caucho Pletinas de acero Pletinas de refuerzo (acero) Capas internas de caucho Josef Farbiarz F.

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V.23

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Disminución de la demanda de energía Aislamiento basal Su utilización en edificios es aún restringida debido a los costos y a las incertidumbres existentes con relación a su comportamiento. En puentes, sin embargo, se utilizan con frecuencia algunos métodos de aislamiento basal

Sección de aislador para edificios V.24

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Disminución de la demanda de energía Mecanismo 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


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Disminución de la demanda de energía Control Activo El control activo reduce las vibraciones en una estructura incorporándole mecanismos actuadores alimentados por una fuente de energía exterior, capaces de ejercer fuerzas de control. Estos aparatos, controlados por computador, tienen la ventaja de adaptarse a las características de la excitación. PERTURBACIÓN

CONSIGNA

CONTROLADOR

CONTROL

SISTEMA

SALIDA


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V.27

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Aumento del amortiguamiento La segunda alternativa es la de aumentar EA. Para lograrlo se aumenta el amortiguamiento interno de la estructura del intervalo normal (2 % a 5 %) a intervalos entre el 15 % y el 25 %. Esto reduce la magnitud de las aceleraciones espectrales e incrementa la energía disipada. Se obtienen niveles similares de fuerzas en sistemas estructurales con grandes ductilidades y amortiguamiento del orden del 5 % que en diseños elásticos con amortiguamientos del 15 % al 25 %. V.28 Josef Farbiarz F.

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Aumento del amortiguamiento Amotiguadores mecánicos Amortiguador viscoso

Sello retenedor

Barra del pistón

Sello

Silicona fluida compresible

Recinto acumulador

Cabeza del pistón con orificios

Amortiguador viscoelástico Material viscoelástico

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V.29 U.N. Sede Medellín

Disminución de la demanda de energía Amotiguadores mecánicos Amortiguador histerético

Pletinas de acero

Amortiguador de fricción Tornillos y tuercas


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Aumento del amortiguamiento CUALIDADES •No se depende de la ductilidad del sistema •Se simplifican las conexiones viga-columna •No hay degradación de las conexiones por ciclos histeréticos en el intervalo inelástico •Elementos con secciones de menores dimensiones •Auténtica segunda línea de defensa contra temblores de baja recurrencia

LIMITACIONES •Análisis estructural complejo •Se requiere conocimiento detallado de las características del sismo esperado •Difícil modelación con programas modernos •El método no está avalado por ningún código


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V.32

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Diseño basado en fuerzas La gran mayoría de los códigos en todo el mundo prescriben el diseño sismo resistente con base en la especificación de las fuerzas resistentes necesarias en la estructura para balancear las fuerzas inerciales a que se ve sometida, calculadas de acuerdo con un espectro elástico de seudo aceleraciones.

La capacidad de disipación de energía para el material y el sistema estructural, se define por medio de un coeficiente R que depende no sólo del material estructural, sino también de su disposición o despiece Así, la fuerza sísmica de diseño se obtiene por medio de:

La fuerza elástica máxima solicitada es, a su vez:

Fe = masa × Sa (T , ξ)

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Fe Fy = R

V.33

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Diseño basado en fuerzas ¿De dónde salió R?

Sistemas con rigidez degradante Newmark y Riddell

Sensitivo a Sensitivo a Desplazamiento Desplazamiento 15 15

µ = 10 µ = 10

14 14 13 13 Sensitivo a Sensitivo a Velocidad Velocidad

12 12 11 11 10 10 9

R , R , o Rd aR a , vRv , o Rd

8 7 6 5

Sensitivo a Sensitivo a Aceleración Aceleración

µ = 10 µ = 10

4

µ=5 µ=5

3

µ=3 µ=3 µ=2 µ=2 µ = 1.5 µ = 1.5

2 1 0

µ = 10 µ = 10

9 8

µ=5 µ=5

7 6

µ=5 µ=5

5 µ=3 µ=3

3

µ=2 µ=2 µµ==1.5 1.5 µ=1 µ=1

2 1

µ=2 µ=2 µ = 1.5 µ = 1.5 µ=1 µ=1 elástico elástico

0 0

Josef Farbiarz F.

µ=3 µ=3

4

0

1

1

2

2

Período PeríodoT,T,(s) (s)

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3

3

4

4

5

5

V.34

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Diseño basado en fuerzas ¿De dónde salió R?

Coeficientes Coeficientesde dereducción reducciónde deresistencia resistencia Sensitivo a Sensitivo a Desplazamiento Desplazamiento 15 15

µ = 10 µ = 10

14 14 13 13

44

11 11 10 10 9

R , R , ,ooRR dd aR a , vR v

8 7 6

33

µ = 10 µ = 10

µµ==55

Sensitivo a Sensitivo a Aceleración Aceleración

µ=5 µ=5 µ=3 µ=3 µµ==2 2 µ = 1.5 µ = 1.5

5 4 3 2 1 0

µµ==33

RRa a

Sensitivo a Sensitivo a Velocidad Velocidad

12 12

µµ==10 10

22

µ = 10 µ = 10

9 8

µ=5 µ=5

7 6

µ=5 µ=5

5 4

µ=3 µ=3

3

µ=2 µ=2 µ = 1.5 µ = 1.5 µµ==1 1

2 1

µ=3 µ=3 µ=2 µ=2 µ = 1.5 µ = 1.5 µµ==1 1 elástico elástico

0 0

1

0

1

2

2

Período PeríodoT,T,(s) (s)

3

4

3

4

µµ==22 µµ==11.5.5 µµ==11

11 elástico elástico

00 00

0.05 0.05

0.1 0.1

0.15 0.15

0.2 0.2

0.25 0.25

Período PeríodoTT(s) (s)

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0.3 0.3

0.35 0.35

0.4 0.4


5

5

Diseño basado en fuerzas Validez de R Para la zona sensitiva a las aceleraciones En la medida que el período tiende a cero, las demandas de ductilidad tienden a uno. Esto quiere decir que en los sistemas inelásticos con períodos cortos, no es posible ejercer la ductilidad y las reducciones que se realicen a la resistencia, pondrían en peligro la estabilidad del sistema, pues no habría una demanda de ductilidad compatible con la reducción de resistencia. V.36 Josef Farbiarz F.

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Diseño basado en fuerzas Espectro para diseño por fuerza Hay dos opciones para la especificación del espectro de diseño, en conjunción con el coeficiente de reducción de resistencia, R Sa

Sa

Ate T

T R

R

R

R 1

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T Facultad de Minas

V.37 T U.N. Sede Medellín

Diseño basado en fuerzas Espectro para diseño por fuerza NSR-98


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Diseño basado en fuerzas La Ley 400 de 1997 trae una guía con los pasos necesarios para realizar un diseño sismo resistente. Estos pasos se enumeran a continuación: Paso 1:

Predimensionamiento y coordinación con otros profesionales Paso 2: Evaluación de las solicitaciones definitivas V.39 Josef Farbiarz F.

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Diseño basado en fuerzas Paso 3 Localización en los mapas de amenaza sísmica INTERMEDIA

4 3

BAJA 8

5

4

6 7 6

9

ALTA INTERMEDIA ALTA A DI E M R E T ALTA IN BAJA

4 5

7

6

5 2

1

5 7

9

7

3

3

6

8 2 1

Zona de Amenaza Sísmica Josef Farbiarz F.

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Valor de Aa

V.40

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Diseño basado en fuerzas Paso 4 - Obtención movimientos sísmicos de diseño DE LOS MAPAS DE ZONIFICACION SISMICA (Paso 1)

COEFICIENTE DE ACELERACION

Aa

MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO EXPRESADOS COMO: (a) un espectro de diseño

Sa

SUPERFICIE

PERFIL DE SUELO

COEFICIENTE DE SITIO

S

T

Período de vibración en segundos

(b) una familia de acelerogramas

ROCA

A

t

GRUPOS DE USO

I

II

III IV

t (s) COEFICIENTE DE IMPORTANCIA

I

De acuerdo con la importancia para la recuperación con posterioridad al sismo

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(c) resultados de un estudio de microzonificación


Diseño basado en fuerzas Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural Clasificar en uno de los sistemas estructurales

permitidos Características de disipación de energía en el intervalo inelástico del material


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Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)... S IS T E M A S E S T R U C T U R A L E S D E R E S IS T E N C IA S IS M IC A S IS T E M A

CARGAS V E R T IC A L E S

FUERZAS H O R IZ O N T A L E S

MUROS DE CARGA

C O M B IN A D O

P O R T IC O

DUAL

V.43

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Diseño basado en fuerzas Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...

MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL

HORMIGÓN REFORZADO

METALES

BAHAREQUE ENCEMENTADO

MADERA


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CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA

Mínima (DMI) Moderada (DMO) Especial (DES)


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CCapacidad apacidad de dedisipación disipación de deenergía energíaen enel elintervalo intervalo inelástico inelástico CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Fuerza

D ES D ES Deflexión Deflexión

Fuerza Fuerza

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Fuerza

Deflexión Deflexión

D MO D MO Deflexión Deflexión

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Fuerza

D MI D MI Deflexión Deflexión

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UUso so de de los losmateriales materialesestructurales estructurales CCAAPPAACCID IDAADD DDEE DDIS IP A C IO N IS IP A C IO N EENNEERRGGIA IA D M I MMIN IM A IN IM A - D M I

BBAAJJAA

ZZOONNAA DDEEAAMMEENNAAZZAA SSIS ISMMIC ICAA IN T E R M E D IA I N T E R M E D IA

MMOODDEERRAADDAA - -DDM MOO

nnoo

AALLTTAA

nnoo nnoo

D ES EESSPPEECCIA IALL- - D E S


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Diseño basado en fuerzas Paso 6: Grado de irregularidad y definición del procedimiento de análisis IRREGULARIDAD EN PLANTA

φp Torsional

Salientes excesivos

Diafragma discontinuo

GRADO DE IRREGULARIDAD EN PLANTA

Ejes no Desplazamiento paralelos plano del pórtico

IRREGULARIDAD EN ALZADO

φa Piso flexible

Variación en la masa

Retrocesos excesivos

Desplazamiento elementos

DEFINICION DEL PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS

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GRADO DE IRREGULARIDAD EN ALZADO

Piso debil

MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO ELÁSTICO M´ÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO Facultad de Minas U.N. SedeINELÁSTICO Medellín V.49

Diseño basado en fuerzas Paso 7 - Obtención de las fuerzas sísmicas de diseño MASA MASAEDIFICACION EDIFICACION PESO PROPIO ESTRUCTURA PESO PROPIO ESTRUCTURA PESO ACABADOS PESO ACABADOS PESO EQUIPOS PERMANENTES PESO EQUIPOS PERMANENTES

MASA DE LA MASA DE LA EDIFICACION EDIFICACION

M M

CORTANTE CORTANTESISMICO SISMICOEN ENLA LABASE BASE

VVss== SSa ggM a M

CARACTERISTICAS CARACTERISTICASVIBRATORIAS VIBRATORIASDE DELA LAESTRUCTURA ESTRUCTURA MASA MASA RIGIDEZ RIGIDEZ

PERIODO DE PERIODO DE VIBRACION VIBRACION

TT

MOVIMIENTOS MOVIMIENTOSSISMICOS SISMICOSDE DEDISEÑO DISEÑO ACELERACION ACELERACION ESPECTRAL ESPECTRAL

SSa a

DISTRIBUCION DISTRIBUCIONDE DELAS LASFUERZAS FUERZAS SISMICAS EN LA ALTURA SISMICAS EN LA ALTURA

FFi i SSaa VVss

TT


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Diseño basado en fuerzas Paso 8: Análisis

Paso 9: Desplazamientos DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA

ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE ANALISIS DEL PASO 3 ANALISIS DEL PASO 3

δδyiyi piso i piso i

δδxixi

torsión accidental torsión accidental

FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA

fuerzas axiales fuerzas axiales momentos flectores momentos flectores fuerzas cortantes fuerzas cortantes

FFix ix FFiy iy

torsión torsión


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Diseño basado en fuerzas Paso 10: Verificación de las derivas δδ5 FF5 5 5 hhp5 p5 F 4 F4 hhp4 p4 FF3 3 hhp3 p3 FF2 2 hhp2 p2 FF1 1 hhp1 p1

∆∆5 5 Definición de la deriva Definición de la deriva ∆∆44 ∆∆i == δδi −−δδi-1i-1 i i ∆∆3 3

∆∆2 2 ∆∆1 1

LaLaderiva derivadebe debeincluir incluir los losefectos efectostorsionales torsionales dedetoda todalalaestructura estructura yyelelefecto efectoP-Delta P-Delta

Máxima Máximaderiva derivaadmisible admisible

hhpi ∆∆i ≤≤ 0.01 0.01 pi i

1% 1%dedelalaaltura alturadel delpiso piso(h(hpipi)) para paramampostería mamposteríaestructural estructural este límite es 0.5% este límite es 0.5%dedehh pipi

SiSilaladeriva derivaesesmayor mayorque quelalamáxima máximaderiva deriva admisible debe rigidizarse la estructura admisible debe rigidizarse la estructura V.52

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Diseño basado en fuerzas Paso 10: Verificación de las derivas (Continuación...)

Límites de la Deriva Estructuras de hormigón o de acero

1.0 % hpiso Estructuras de Mampostería

0.5 % hpiso Josef Farbiarz F.

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Diseño basado en fuerzas Paso 11: Obtención de R (Continuación) SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA MUROS DE CARGA MUROS DE CARGA COMBINADO COMBINADO PORTICO PORTICO DUAL DUAL

RR0 0

GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACION GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL MINIMA (DMI) MINIMA (DMI) MODERADA (DMO) MODERADA (DMO) ESPECIAL (DES) ESPECIAL (DES)

COEFICIENTE COEFICIENTE DE CAPACIDAD DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE DISIPACION DE ENERGIA DE ENERGIA

RR== φφp ××φφa ×× RR0 0 p a

GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA

φφp p EN ALZADO φ EN ALZADO φ a

EN PLANTA EN PLANTA

φφp × φφ p× a

a

a


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Diseño basado en fuerzas Paso 11: Obtención de R (Continuación...) El análisis estructural para las fuerzas sísmicas de diseño se realiza sin dividir por R Las derivas se verifican para los desplazamientos horizontales obtenidos sin dividir por R Sólo se divide por R en el momento de diseñar el elemento V.55 Josef Farbiarz F.

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Diseño basado en fuerzas Paso 12 - Obtención fuerzas de diseño FUERZAS SISMICAS INTERNAS FUERZAS SISMICAS INTERNAS OBTENIDAS DEL ANALISIS OBTENIDAS DEL ANALISIS

÷÷ RR

FUERZAS INTERNAS FUERZAS INTERNAS INELASTICAS DE DISEÑO INELASTICAS DE DISEÑO

××((Coeficiente == Coeficiente de carga ) de carga )

++

FUERZAS INTERNAS FUERZAS DEBIDAS A INTERNAS CARGAS DEBIDAS A CARGAS MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS

××((

fuerzas mayoradas fuerzas mayoradas debidas al sismo debidas al sismo

))

Coeficientes Coeficientes de carga de carga

==

COMBINADAS COMBINADAS SEGUN EL SEGUN EL TITULO B TITULO B DEL DEL REGLAMENTO REGLAMENTO

fuerzas mayoradas fuerzasa:mayoradas debidas debidas a: carga muerta carga muerta carga viva carga viva otras solicitaciones otras solicitaciones

==

DISEÑO LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DISEÑO DE LOS LOS REQUISITOS ELEMENTOS DEL ESTRUCTURALES UTILIZANDO MATERIAL ACUERDO CON REQUISITOS DEL MATERIAL UTILIZANDO LOS LOS REQUISITOS DEL MATERIAL ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD DE ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGO DISIPACIÓN DEDE ENERGIA ENERGÍAEN EL ENRANGO EL INTERVALO DE DISIPACION INELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI INELÁSTICO APROPIADO: DMO Ó DMI INELASTICO APROPIADO:DES, DES, DMO, o DMI

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fuerzas mayoradas fuerzas mayoradas de diseño de diseño


Diseño basado en fuerzas Diseño cimentación F5 F4 F5 F4

F3 estructura

F2

F3

F1

F2 F1

cimentación

suelo

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V.57


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V.58

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Diseño por desplazamiento En la zona del espectro sensible a los desplazamientos, o sea la zona de períodos largos, los desplazamientos totales que se obtienen en la respuesta inelástica, son aproximadamente iguales a los que tendría un sistema elástico con la misma rigidez y sometido al mismo acelerograma. Esta característica se denomina como el principio de las deformaciones iguales. Fuerza

elástico

Fe

u in ≅ u e = R × u y Fy inelástico Desplazamiento

uy Josef Farbiarz F.

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uin≅ue

V.59

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Diseño por desplazamiento Este aspecto tiene implicaciones muy importantes en diseño sísmico, 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 elástico de respuesta ante la ocurrencia de los movimientos sísmicos de diseño, estas deformaciones se deben estimar en el intervalo inelástico de la manera más precisa posible. V.60 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento Por otro lado, si el daño a elementos estructurales y no estructurales, está asociado con las deformaciones inelásticas que se tengan, la rigidez inicial del sistema y su degradación son parámetros muy importantes en el buen comportamiento de la estructura. El problema de estimar las deformaciones en el intervalo inelástico se vuelve especialmente complejo cuando se tiene degradación de la rigidez, pues el período de vibración del sistema cambia durante la respuesta de la estructura a la excitación sísmica. V.61 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento En los trabajos de Shimazaki y Sozen, se encontró que cuando el período de la estructura era mayor que un valor característico TC del acelerograma, la energía que entraba al sistema era constante o disminuía, independientemente de la resistencia del sistema, Fy. Además se encontró, que cuando el período del sistema era mayor que el período característico, T > TC, independientemente de la resistencia del sistema Fy; el desplazamiento máximo inelástico um, tendería a ser igual al del espectro elástico de desplazamientos, confirmando el principio de desplazamientos iguales. V.62 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento Período característico de temblor, Tg El período característico del temblor se define como el menor período al cual el espectro de energía, para ξ = 10 %, deja de aumentar. Este período coincide con el punto donde las aceleraciones aproximadamente constantes del espectro de aceleraciones termina. En la respuesta inelástica el desplazamiento alarga el período, y si el aumento de período aumenta la energía que entra al sistema, entonces el sistema debe desplazarse más para poder disipar este aumento de energía. V.63 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento

Período característico 1.000 Pacoima Dam

Miyagi El Centro 0.100

Energía √ 2E/m

Santa Barbara

(m/s) 0.010

0.001 0.01

0.1

1

Período, T (s)

Josef Farbiarz F.

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10


Diseño por desplazamiento 1.000

Período característico México EW

Corralitos NS Castaic

Viña del Mar

0.100

Energía

√ 2E/m (m/s)

0.010

0.001 0.01

0.1

Período T, (s)

Josef Farbiarz F.

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1

10


Diseño por desplazamiento Shimazaki y Sozen explican cualitativamente este fenómeno indicando que la energía que entra al sistema se mantiene constante cuando el sistema tiene un período de vibración inicial mayor que TC, pues la degradación de la rigidez alarga este período y entonces no se presenta un aumento en la energía que entra al sistema y no la hay suficiente para producir un aumento de la deformación inelástica. V.66 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento

Por otro lado, si el sistema tiene un período de vibración T < TC, un aumento en el período del sistema causado por la degradación de rigidez, conduce a un aumento de la energía que entra al sistema y entonces se presenta una deformación inelástica máxima mayor que la máxima elástica.


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Diseño por desplazamiento Otro aspecto muy importante encontrado en estos estudios consistió en identificar que bajo ciertas condiciones del período de la estructura y su resistencia en la base, para períodos iniciales del sistema T < TC, también las deformaciones inelásticas se mantenían iguales o menores que las elásticas. La condición anterior fue formulada por Shimazaki y Sozen de la siguiente manera para sistemas estructurales cuya respuesta histerética es similar a la de elementos de hormigón reforzado:

RD ≤ 1.0

es válida si: Josef Farbiarz F.

RR + RT ≥ 1.0 Facultad de Minas


Diseño por desplazamientos RD ≤ 1.0 es válida si:

RR + RT ≥ 1.0 donde:

u in RD = ue

Fy RR = Fe Tef RT = TC Josef Farbiarz F.

(Relación de desplazamientos)

(Relación de resistencias)

(Relación de períodos) V.69 Facultad de Minas

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Diseño por desplazamientos Ahora bien, el periodo efectivo, Tef, es el periodo resultante después de la degradación de la rigidez, que para el final del intervalo inelástico podría alcanzar el 50 % de la original. De tal manera, el periodo efectivo puede estimarse así: T ef =

T ef =

T ef =

2π

ω ef

=

1 2π = 0 .5 k m

2π 0 .5 k m 1 2π 0 .5 ω

1 1 T = T =T 0 .5 1 2

2


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Diseño por desplazamiento Entonces, si la siguiente relación se cumple, los desplazamientos inelásticos son iguales, o menores, que los elásticos.

T ⋅ 2 Vy + ≥ 1.0 TC Ve T = período original de la estructura TC = período característico del sismo Vy = corte basal resistente de la estructura Ve = corte basal solicitado elásticamente Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento Procedimiento 1. Definir el sismo de diseño en términos de una aceleración máxima del terreno, Ate, y un período característico, TC. 2. Definir la deriva aceptable para la edificación, en función de su contenido y uso, poniendo especial atención a las derivas admisible para los elementos no estructurales. 3. Dimensionar la estructura para las cargas verticales que la afectan, utilizando secciones para los elementos estructurales dentro de los limites tradicionales en el lugar. V.72 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento Procedimiento 4. Calcular dinámicamente el período fundamental, T, de la edificación, empleando inercias no fisuradas, y luego convertirlo en período efectivo Tef, por medio de

Tef = T 2 5. Calcular la deriva promedio de edificio ∆m, que puede estimarse como el desplazamiento total medido en la cubierta, dividido por la altura de la cubierta con respecto al nivel del suelo:

∆ cub ∆m = hcub


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Diseño por desplazamiento Procedimiento Ahora bien, la respuesta de la estructura, a la altura de la cubierta, puede estimarse con base en la respuesta de un SUGDL equivalente. Así, la respuesta espectral de un SUGDL será: ASUGDL ∆ SUGDL = 2

ω

A su vez,

ASUGDL = Fa ⋅ Aa ⋅ g


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Diseño por desplazamiento Procedimiento Por lo tanto:

∆ SUGDL =

Fa ⋅ Aa ⋅ g

ω

2

=

Fa ⋅ Aa ⋅ g  2π    T 

2

Fa ⋅ Aa ⋅ g ⋅ T = 4π 2

La respuesta de la estructura será proporcional a la del SUGDL, así que:

∆Cub = γ∆ SUGDL


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Diseño por desplazamiento Procedimiento Pero la respuesta buscada es la de la rigidez degradada:

∆Cub

Fa ⋅ Aa ⋅ g ⋅ Tef Fa ⋅ Aa ⋅ g ⋅ T ⋅ 2 =γ =γ 2 4π 4π 2 Fa ⋅ Aa ⋅ g ⋅ T ∆Cub = γ 2 2π 2

Y la deriva promedio será:

Fa ⋅ Aa ⋅ g ⋅ T 1 ∆m = γ ⋅ 2 hCub 2 2π

En general, la deriva máxima puede estimarse como:

∆ máx = 1.5∆ m V.76 Josef Farbiarz F.

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Diseño por desplazamiento Procedimiento 6. Verificar si ∆máx cumple la deriva aceptable propuesta en el paso 2. 7. Calcular las áreas de refuerzo de los elementos con base en las cargas verticales y las fuerzas de viento, de acuerdo con el Código aplicable, y cumpliendo sus mínimos.


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Diseño por desplazamiento Procedimiento 8. Calcular el corte basal resistente de la estructura utilizando análisis límite y verificando que cumple la expresión:

 Tef Cy = α ⋅ 1 −  TC

 α  ≥  6

9. Despiezar la estructura de tal manera que se eviten fallas frágiles a los niveles de deriva prescritos (cortante, adherencia, aplastamiento por falta de confinamiento, etc.). La estructura disipa energía en flexión, por lo tanto la resistencia a cortante debe ser mayor que el cortante que se desarrolla al presentarse las articulaciones plásticas en los extremos de los elementos. V.78

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Diseño por desplazamiento Procedimiento El procedimiento de diseño consiste en validar los desplazamientos que se obtienen, sin que lo primordial sea la resistencia de la estructura. En un extremo el procedimiento indica, que una estructura adecuadamente detallada por efectos de confinamiento y de resistencia al corte por plastificación, puede diseñarse solo para carga vertical, siempre y cuando sus desplazamientos estén dentro de niveles tolerables de deformación y se cumpla un corte basal resistente mínimo. V.79 Josef Farbiarz F.

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V DISEÑO SISMO RESISTENTE Generalidades Ductilidad y sismo resistencia La energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas Diseño basado en desplazamientos Normatividad Colombiana NSR-98 Diseño de elementos no estructurales Josef Farbiarz F.

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V.80

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Ley 400 de 1997 Decretos 33 y 34 de 1998 Decreto 2809 de 2000 Decreto 52 de 2002 Josef Farbiarz F.

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V.81

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Reseña histórica Hasta los 30s: Normas europeas y estadounidenses (Requisitos del Joint Committee on Reinforced Concrete, Antecesor del ACI 318). Después de los 30s: Currículo académico basado en textos estadounidenses, es decir, en el ACI 318.


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Reseña histórica 1974 - Traducción del SEAOC. 1977 Traducción autorizada del ACI 318-77. Comité para código de edificaciones de hormigón (ICONTEC).

1979 - Traducción del ATC 3-06.


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Reseña histórica 1983 – ICONTEC publica la norma NTC 2000 (Basada en el ACI 318-77). Un fuerte temblor afecta Popayán. La presidencia ordena la elaboración de un código obligatorio para construcción. Norma AIS 100-83 • (Basada en AIS 100-81).


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Reseña histórica 1984 – 7 de junio: Promulgación del Decreto Ley 1400 que adopta el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, basado en: Norma AIS 100-83 (AIS) NTC 2000 (ICONTEC) Código de construcciones metálicas (FEDESTRUCTURAS) V.85 Josef Farbiarz F.

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Reseña histórica 1993 – 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 Comisión Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes V.86 Josef Farbiarz F.

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Reseña histórica 1998 a 2002 – Decreto 33 del 9 de enero de 1998. • Reglamento de la Ley 400 de 1997: Promulgación de las 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.


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Reseña histórica NSR-98 VS CCCSR-84 – Modificaciones al reglamento: •

Decretos reglamentarios.

Cinco nuevos títulos: • • • • •

G: H: I: J: K:

Estructuras de madera. Estudios geotécnicos. Supervisión técnica. Protección contra el fuego. Aspectos complementarios.

Reducción del límite de la deriva: 1% Sistema internacional de unidades. V.88 Josef Farbiarz F.

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¿ Por qué actualizar ? Actualización de las normas base (ACI, AISC, etc.). Enmiendas y complementos. Lecciones de sismos y otros eventos. Estado del arte relevante: Nuevas metodologías. Desarrollo e investigación nacional e internacional.


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¿ Quiénes participan ? Ministerios de Transporte , Desarrollo e Interior Dirección Nacional para la Prevención y Atención de Desastres Instituto de Investigaciones en Geociencias, Minería y Química INGEOMINAS Superintendencia Bancaria Departamento Administrativo de Planeación Distrital de Bogotá D. C. Sociedad Colombiana de Ingenieros - SCI Sociedades Regionales de la Sociedad Colombiana de Ingenieros Sociedad Colombiana de Arquitectos SCA Asociación Colombiana de Ingeniería Estructural- ACIES Asociación de Ingenieros Estructurales de Antioquia Sociedad Colombiana de Geotécnia Seccional Colombiana del American Concrete Institute - ACI Camacol Nacional Camacol Seccionales Antioquia, Cundinamarca y Valle

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Instituto Colombiano de Normas Técnicas ICONTEC Instituto Colombiano de Productores de Cemento - ICPC Asociación Colombiana de Productor de Concreto - ASOCRETO Acerías Paz del Río Universidad de los Andes Universidad Javeriana Universidad Nacional Bogotá Universidad Nacional Medellín Universidad Nacional Manizales Universidad del Cauca Universidad Industrial de Santander Universidad del Quindío Universidad del Valle Universidad Eafit - Medellín y más de 500 profesionales dentro de los que se cuentan ingenieros, arquitectos y abogados.

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ESQUEMA JURÍDICO LEY

META

(Obligatorio)


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META

(Obligatorio)

Requisitos de desempeño Reglamentación Criterios de desempeño

(Obligatorio)


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META

(Obligatorio)

Requisitos de desempeño Reglamentación Criterios de desempeño

Verificación Métodos Procedimientos Josef Farbiarz F.

Soluciones satisfactorias Facultad de Minas

(Obligatorio)

Guías y Manuales (Opcional)

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META

Requisitos de desempeño Reglamentación

Verificación Métodos Procedimientos Josef Farbiarz F.

Soluciones satisfactorias Facultad de Minas

(Obligatorio)

Normas (Opcional)

VERIF.

Criterios de desempeño

DISEÑO

(Obligatorio)

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BASE CONCEPTUAL Evolución de los métodos de diseño

Básico

Alternativo

TENSIONES ADMISIBLES

1920

1940

Josef Farbiarz F.

1960

1980

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2000

2020 U.N. Sede Medellín


ESTADOS LÍMITE

SEGURIDAD

Básico Básico

Alternativo


1920

1940

Josef Farbiarz F.

1960

1980

Facultad de Minas

2000



DISEÑO PLÁSTICO

RESTAURABILIDAD

ESTADOS LÍMITE

SEGURIDAD

Básico Básico

Alternativo


1920

1940

Josef Farbiarz F.

1960

1980

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2000


BASE CONCEPTUAL Evolución de los métodos de diseño FUNCIONALIDAD, DURABILIDAD Y SOSTENIBILIDAD

DESEMPEÑO

DISEÑO PLÁSTICO

RESTAURABILIDAD

ESTADOS LÍMITE

SEGURIDAD

Básico Básico

Alternativo


1920

1940

Josef Farbiarz F.

1960

1980

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2000


CÓDIGOS Códigos actuales: Guías simples determinísticas Criterios basados en experiencia Pobre clasificación ambiental Relación desempeño/vida útil: Implícita (~ 50 años)

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CÓDIGOS Codificación basada en desempeño: Modelos de degradación Parámetros de materiales Acciones ambientales detalladas Cuantificación estadística Selección de vida útil Relación desempeño/vida útil: Explícita Análisis de falla estadístico

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CÓDIGOS ¿Simplificación? Concepción Especificaciones basadas en complejidad estructural. Edificios Edificios Mayoría de edificaciones no complejas. altos bajos

Procedimientos de diseño Construcción cronológica Puentes de Organización confusagran luz Metodología pobremente definidas Viento 0.001

Josef Farbiarz F.

0.01

Sismo

0.1 1.0 FRECUENCIA, Hz

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10

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Ley 400 de 1997 Título I - Objeto y Alcance Título II - Definiciones Título III - Diseño y Construcción • Responsabilidades • Otros materiales y métodos alternos de diseño y construcción

Título IV - Revisión de los diseños Título V - Supervisión técnica de la construcción Título VI - Profesionales • • • • •

Calidades y requisitos Diseñadores Revisores de diseños Directores de construcción Supervisores técnicos


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Ley 400 de 1997 Título VII - Comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes Título VIII - Potestad reglamentaria • Decretos reglamentarios • Alcance y temario técnico y científico

Título IX - Responsabilidades y Sanciones Título X - Disposiciones finales V.103 Josef Farbiarz F.

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CONTENIDO DE LA NSR-98 TITULO

TEMA

A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y B C D E F G H I J K

CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE CARGAS CONCRETO ESTRUCTURAL MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL CASAS DE UNO Y DOS PISOS ESTRUCTURAS METALICAS ESTRUCTURAS DE MADERA ESTUDIOS GEOTECNICOS SUPERVISION TECNICA REQUISITOS PARA FUEGO OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS

OBSERVACIONES Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Nuevo Nuevo Nuevo Nuevo Nuevo


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CONTENIDO DE LA NSR-09 TITULO

TEMA

A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y B C D E F G H I J K

CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE CARGAS CONCRETO ESTRUCTURAL MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL CASAS DE UNO Y DOS PISOS ESTRUCTURAS METALICAS ESTRUCTURAS DE MADERA ESTUDIOS GEOTECNICOS SUPERVISION TECNICA REQUISITOS PARA FUEGO OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS

OBSERVACIONES Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado Actualizado


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REQUISISTOS

SISMICOS


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Sistema de Unidades


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TITULO A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE


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TITULO A A.1 - Introducción A.2 - Zonas de Amenaza Sísmica y

Movimientos Sísmicos de Diseño A.3 - Requisitos Generales de Diseño Sismo Resistente A.4 - Método de la Fuerza Horizontal Equivalente A.5 - Método del Análisis Dinámico A.6 - Requisitos de la Deriva A.7 - Interacción Suelo-Estructura V.109

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TITULO A A.8 - Efectos Sísmicos Sobre Elementos que No

Hacen Parte del Sistema de Resistencia Sísmica A.9 - Elementos No Estructurales A.10 - Edificaciones Construidas Antes de la Vigencia de la Presente Versión del Reglamento A.11 - Instrumentación Sísmica A.12 - Requisitos Especiales para Edificaciones Indispensables del Grupo de Uso IV A.13 - Definiciones y Nomenclatura V.110

Josef Farbiarz F.

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TITULO A Apéndice A-1 - Recomendaciones Sísmicas para

Algunas Estructuras que se Salen del Alcance del Reglamento Apéndice A-2 - Recomendaciones para el Cálculo de los Efectos de Interacción Dinámica Suelo-Estructura Apéndice A-3 - Procedimiento Alterno para la Definición de los Efectos Locales Apéndice A-4 - Valores de Aa y Ad y Definición de la Zona de Amenaza Sísmica de los Municipios Colombianos V.111 Josef Farbiarz F.

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¿ QUÉ HAY EN EL TÍTULO A ?


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CAPITULO A.1 INTRODUCCIÓN Defensa de la vida y de la propiedad Se aclara el procedimiento de diseño Se amplían el uso de materiales y métodos

alternos de diseño y construcción Se definen los requisitos para presentación de planos y memorias Se definen la idoneidad requerida de supervisores técnicos, diseñadores y revisores de diseños. V.113 Josef Farbiarz F.

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PROPÓSITO DE LAS NORMAS El Reglamento establece criterios para la construcción y

diseño de edificaciones que: puedan verse sometidas a fuerzas sísmicas y otras fuerzas impuestas por la naturaleza o su uso, con el fin de reducir a un mínimo el riesgo de la pérdida de la vida. da requisitos adicionales para que ciertas edificaciones indispensables para la recuperación posterior a un sismo puedan seguir funcionando después de su ocurrencia. además establece procedimientos para defender, en alguna medida, el patrimonio del Estado y de los ciudadanos. V.114 Josef Farbiarz F.

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PROPÓSITO DE LAS NORMAS Una edificación diseñada siguiendo los requisitos de este Reglamento debe ser capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso, temblores pequeños sin daño, temblores moderados sin daño estructural, pero posiblemente, con algún daño en elementos no estructurales, y un temblor fuerte sin colapso o pérdida de vidas humanas. V.115 Josef Farbiarz F.

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ALCANCE DEL REGLAMENTO

El Reglamento contiene los requisitos mínimos para el diseño y construcción de edificaciones nuevas V.116 Josef Farbiarz F.

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ALCANCE DEL REGLAMENTO Da los requisitos para la adición, modificación y

remodelación del sistema estructural de edificaciones construidas antes de la vigencia de la presente versión del Reglamento. Establece requisitos especiales para el diseño y

construcción sismo resistente de edificaciones indispensables para la recuperación de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia de un sismo. V.117 Josef Farbiarz F.

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ALCANCE DEL REGLAMENTO No cubre el diseño y construcción de estructuras especiales tales como puentes, torres de transmisión, torres y equipos industriales, muelles, estructuras hidráulicas y todas aquellas estructuras cuyo comportamiento dinámico difiera del de edificaciones convencionales o no estén cubiertas dentro de las limitaciones de cada uno de los materiales estructurales prescritos dentro de este Reglamento. V.118 Josef Farbiarz F.

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO GENERAL - La estructura de las edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento debe diseñarse para que tenga resistencia y rigidez adecuadas ante las cargas mínimas de diseño prescritas y debe, además, verificarse que dispone de rigidez adecuada para limitar la deformabilidad ante las cargas de servicio, de tal manera que no se vea afectado el funcionamiento de la edificación. V.119 Josef Farbiarz F.

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CASAS DE UNO Y DOS PISOS Las edificaciones de uno y dos pisos deben diseñarse de acuerdo con los Capítulos A.1 a A.13 de este Reglamento. Las casas de uno y dos pisos del grupo de uso I, que no formen parte de programas de más de quince unidades de vivienda ni tengan más de 3 000 m² de área en conjunto, pueden diseñarse alternativamente de acuerdo con los requisitos del Título E de este Reglamento. V.120 Josef Farbiarz F.

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CONSIDERACIONES ESPECIALES En toda edificación del grupo de uso I, que tenga más de 3000 m² de área en conjunto, o más de quince unidades de vivienda, y en todas las edificaciones de los grupos de usos II, III y IV, deben considerarse los siguientes aspectos especiales en su diseño y construcción: V.121 Josef Farbiarz F.

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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CONSIDERACIONES ESPECIALES (a) influencia del tipo de suelo en la respuesta sísmica de las edificaciones, (b) potencial de licuación del suelo en el lugar, (c) posibilidad de falla de taludes debida al sismo, (d) comportamiento en grupo del conjunto ante solicitaciones sísmicas, eólicas y térmicas de acuerdo con las juntas que tenga el proyecto, (e) especificaciones complementarias acerca de la calidad de los materiales a utilizar y del alcance de los ensayos de comprobación técnica de la calidad real de estos materiales, (f) verificación de la concepción estructural de la edificación desde el punto de vista de cargas verticales y fuerzas horizontales, y (g) obligatoriedad de una supervisión técnica, profesionalmente calificada, de la construcción. V.122 Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.2 ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO Mapas de Amenaza Sísmica Parámetro Av (No se considera Aa) Perfiles de suelo S1 a S4 Opción de definir S en función de SPT, vs y su Grupos de uso I a IV Valor mínimo en el Espectro de Diseño Se permite el uso de familias de acelerogramas Requisitos para estudios de microzonificación V.123 Josef Farbiarz F.

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¡VALOR MÍNIMO DEL ESPECTRO!

¡ CUIDADO CON LOS PROGRAMAS DE COMPUTADOR !

V.124

Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.3 REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO SISMO RESISTENTE Cuatro sistema estructurales, incluyendo el Combinado Requisitos para combinación de sistemas estructurales (en

altura y en planta) Restricciones especiales para edificaciones irregulares Se aceptan métodos inelásticos de análisis Se define la rigidez para utilizar en el análisis Aclaración de los efectos ortogonales Requisitos de torsión en el piso Requisitos para los diafragmas de piso Tablas de sistemas estructurales, indicando zona de amenaza donde se permiten, valor de R y altura máxima. V.125

Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.4 MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

Ecuaciones para el cálculo del

Período Fundamental Aproximado Ta Requisitos mínimos que debe cumplir el análisis estructural en el uso del Método de la Fuerza Horizontal Equivalente V.126 Josef Farbiarz F.

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Cálculo del Período

∑ (w δ ) n

T = 2π

i

2 i

i =1

n

g ∑ (fi δ i ) i =1


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Cálculo del Período

Ta = Ct h

34 n

Ct = Ct = Ct =

0.08 para pórticos de concreto 0.09 para pórticos de acero estructural. 0.05 para los otros tipos


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Cálculo del Período Muros de Concreto o de Mampostería

Ct =

0 .075 Ac

    De  A c = ∑  A e  0.2 +  h  n     Josef Farbiarz F.

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   

2

    

V.129

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CAPITULO A.5 MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO Análisis Modal a Análisis Dinámico Se definen los modelos matemáticos que pueden utilizarse Número de modos de vibración que deben emplearse en el

análisis modal Se permiten métodos dinámicos inelásticos Requisitos mínimos que debe cumplir el análisis estructural dinámico


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CAPITULO A.6 REQUISITOS DE LA DERIVA Límites de deriva dependientes del material

estructural La deriva debe incluir los efectos de torsión de toda la estructura La deriva debe incluir los efectos P-Delta Requisitos para separación entre estructuras adyacentes V.131 Josef Farbiarz F.

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Cálculo de la Deriva δ tot, j = δ cm, j + δ t, j + δ pd, j

i ∆ max

2

=

i−1   δ i ∑  tot , j − δ tot , j  j=1

2


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Cálculo de la Deriva i

∆ max

P io s i

i

i −1

i −1

δtot,x− δ tot,x

δ tot,y− δtot,y

i δ tot,y

i −1

δ tot,x

i −1 δtot,y

i

δ tot,x

P io s1 -

i −1

i −1

δ tot,x

δtot,y

Josef Farbiarz F.

V.133 Facultad de Minas

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Límites de la Deriva Estructuras de hormigón o de acero

1.0% hpiso Estructuras de Mampostería

0.50% hpiso V.134 Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.7 INTERACCION DINAMICA SUELO-ESTRUCTURA

Se dan los principios generales de

Interacción suelo-estructura y se insiste en el criterio del ingeniero Se dan requisitos acerca de la información geotécnica requerida En el Apéndice A-2 se incluye la metodología que traía el ATC-3 V.135 Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.8 EFECTOS SISMICOS SOBRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE NO HACEN PARTE DEL SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

Efectos sísmicos sobre: escaleras, rampas,

tanques, elementos de cubierta, elementos secundarios de las losas, apoyos de equipos, etc. Se definen las fuerzas sísmicas de diseño para estos elementos


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CAPITULO A.9 ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES Requisitos sísmicos para elementos de: • • • •

(a) acabados y elementos arquitectónicos y (b) instalaciones hidráulicas y sanitarias (c) instalaciones eléctricas (d) equipos mecánicos e instalaciones especiales

decorativos

Se define el grado de desempeño mínimo Se define quién es el diseñador responsable Se definen los criterios de diseño


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CAPITULO A.10 EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE LA VIGENCIA DE LA PRESENTE VERSION DEL REGLAMENTO

Basados en la Norma AIS 150 Requisitos para adiciones,

modificaciones y remodelaciones Análisis de vulnerabilidad sísmica


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CAPITULO A.11 INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA Se define el tipo de instrumento Se define en que tipo de edificación se

deben colocar en las diferentes zonas de amenaza sísmica Se define quién corre con qué gastos


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CAPITULO A.12 REQUISITOS ESPECIALES PARA EDIFICACIONES INDISPENSABLES DEL GRUPO DE USO IV

Cubre edificaciones cuya operación no puede

desplazarse a otro lugar (hospitales, centrales de comunicación, etc.) Define los movimientos sísmicos para el Umbral de Daño Requiere que la edificación permanezca en el intervalo elástico para los movimientos sísmicos del umbral de daño Requisitos de deriva para el umbral de daño V.140 Josef Farbiarz F.

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CAPITULO A.13 DEFINICIONES Y NOMENCLATURA DEL TITULO A


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IRREGULARIDAD TORSIONAL usar φp = 0.9

∆1

∆2  ∆1 + ∆ 2  ∆1 > 1.2   2  V.142 Josef Farbiarz F.

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RETROCESOS EN LAS ESQUINAS

usar φp = 0.9

A

B

C D

A > 0.15B o C > 0.15D V.143 Josef Farbiarz F.

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IRREGULARIDAD DEL DIAFRAGMA

usar φp = 0.9 A

B D

C

B

A

D C

E

C × D > 0. 5 A × B

( C× D + C× E) > 0.5 A× B V.144

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DESPLAZAMIENTO DEL PLANO DE ACCIÓN

usar φp = 0.8

Dirección bajo estudio

Desplazamiento plano de acción


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SISTEMAS NO PARALELOS usar φp = 0.9 Sistemas no paralelos

PLANTA V.146 Josef Farbiarz F.

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PISO FLEXIBLE usar φa = 0.91 F

KC < 0.70KD

E

o

D

KC

KD + KE + KF ) ( < 0.80

C

3 B A V.147

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CAMBIO EN LA DISTRIBUCIÓN DE MASAS

usar φa = 0.9 w D > 1. 50 w E

F E

o

D

w D > 1. 50 w C

C B A V.148

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IRREGULARIDAD GEOMÉTRICA

usar φa = 0.9 b F E

a > 1. 30b

D C B A a

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V.149

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DESPLAZAMIENTO DENTRO DEL PLANO DE ACCIÓN

usar φa = 0.8 F E

b> a

D

b

C B A a

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PISO DÉBIL usar φa = 0.8 F E D

R e sist B < 0 . 7 0 R esist C

C B A V.151

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TORSION DE TODA LA ESTRUCTURA


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TORSION ACCIDENTAL a 0.10 a b centro masa

PLANTA Josef Farbiarz F.

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Fy


GRUPOS DE USO Grupo IV - Instalaciones Indispensables Grupo III - Edif. de Atención a la Comunidad Grupo II - Estructuras de Ocupación Especial Grupo I - Las otras V.154 Josef Farbiarz F.

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ESPECTRO DE DISEÑO Sa (g)

Sa= 2.5Aa I

Nota: Este espectro está definido para un coeficiente de amortiguamiento igual al 5 por ciento del crítico

Sa =

1.2AaSI 2 T3 Sa= 0.5 AaI

Para análisis dinámico, solo modos diferentes al fundamental en cada dirección principal en planta

Sa= AaI

0 0.30 segTC

TC= 0.48S

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32

TL TL= 2.4S

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T, Período (seg) 32


ESPECTRO DEL UMBRAL DE DAÑO Sad = 3 .0 A d I

S ad (g)

Nota: Este espectro está definido para un coeficiente de amortiguamiento igual al 2 por ciento del crítico

Sad=

1.5 Ad S I T

Sad= Ad I

0 0.25

Td

T,

Td = 0.50 S

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Período (seg)


Construcció Construcción y Supervisió Supervisión Té Técnica


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¿ QUE INDICARON LOS TEMBLORES RECIENTES ? Buen comportamiento estructural de

las edificaciones contruídas de acuerdo con el Decreto 1400/84 Mal comportamiento de los elementos no estructurales de las edificaciones contruídas de acuerdo con el Decreto 1400/84 V.158 Josef Farbiarz F.

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¿ QUÉ HAY NECESIDAD DE CAMBIAR EN LA PRÁCTICA CONSTRUCTIVA ACTUAL ?

Estructuras más rígidas ante

cargas laterales Edificaciones con acabados que se comporten mejor ante los sismos Edificaciones menos irregulares V.159 Josef Farbiarz F.

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¿ QUÉ ES PRIORITARIO ? Cambio a edificaciones con mayor

cantidad de muros estructurales Nuevos tipos de acabados menos frágiles Nuevos sistemas de construcción de fachadas V.160 Josef Farbiarz F.

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EL RETO El reto es para: los arquitectos - involucrandose en el problema sísmico, diseñando edificaciones y acabados menos vulnerables sísmicamente, los ingenieros - buscando soluciones estructurales más rígidas y seguras, los constructores y los supervisores técnicos propugnando una mejor calidad de los acabados y de la estructura, y los fabricantes de materiales - introduciendo al mercado materiales menos frágiles y de mejor comportamiento sísmico. V.161 Josef Farbiarz F.

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Diseño Sismo Resistencia-Universidad de Columbia-OK

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