CRITERIOS DE DISEÑO SISMICO
Interacción#sueloNestructura# • Es#importante#para#entender#los#movimientos#que#se#producen#y# saber#como#reaccionan#los#edificios# • FUERZAS##DE##INERCIA:# • Es#la#propiedad#de#un#cuerpo#a#permanecer#en#un#estado#de#reposo# hasta#que#se#le#aplique#una#fuerza,#un#sistema#Eene#más#inercia# cuando#resulta#más#diGcil#lograr#un#cambio#en#su#estado.# • El#movimiento#del#suelo#se#transmite#al#edificio#generando##fuerzas# de#inercia#.# • La#distribución#irregular#de#masas#en#los#entrepisos#puede#hacer# colapsar#a#un#edifico.# • Cuando#una#edificación#entra#en#movimiento#sísmico#conserva#su# estado#de#movimiento#inercial.# • Un#incremento#de#masa#produce#un#aumento#de#las#fuerzas# horizontales#a#ser#resisEdas.# • El#incremento#de#masa#origina#un#mayor#momento,#la#carga#verEcal# es#la#que#casi#siempre#hace#que#un#edificio#colapse#hacia#abajo#y#no# hacia#adelante.#
Zonificación#sísmica#en#Chile,#Perú,#Ecuador,#Venezuela,#Colombia,#y#ArgenEna#al#2003#
Zona%sísmica%e%Interacción% suelo2estructura% El%pais%se%zonifica%al%país%en%varios%sectores% de%acuerdo%al%riesgo%sísmico:% % %
Sistemas%resistentes%
Sistemas#resistentes:# Hormigón/#Metálicos#
Para%resistir%fuerzas%sísmicas%se%emplea%un%número%reducido%%de% componentes:% % % % Arcos# • El%concepto%de%sistemas% %
PórEcos# Cerchas# Celosías# Bóvedas#
resistentes%tiene%que%ver% en%su%mayoría%con%los% pórticos%de%hormigón% armado%y%de%manera% limitada%con%el%uso%de% tecnologías%nuevas.%
• Se%puede%conocer%el% mecanismo%de%funcionamiento%% de%estructuras%regulares%pero% de%estructuras%irregulares%y%de% estructuras%mixtas%se% desconocen.% • Las%fuerzas%sísmicas%son%más% complejas%que%las%fuerzas% gravitacionales%y%siempre%se% deben%visualizar%en%3% dimensiones%y%actuando% dinámicamente.% • Todos%los%sistemas%resistentes% deben%ser%diseñados%para% resistir%fuerzas%de%sismo%que% generalmente%alcanzan%el%100%% de%los%valores%de%las%cargas%de% gravedad.%
ONDAS#SISMICAS# •
Ondas#Primarias#(P)#
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####Las#ondas#P#(PRIMARIAS)#son#ondas#longitudinales,#lo#cual# significa#que#el#suelo#es#alternadamente#comprimido#y# dilatado#en#la#dirección#de#la#propagación.#Estas#ondas# generalmente#viajan#a#una#velocidad#1.73#veces#de#las#ondas#S# y#pueden#viajar#a#través#de#cualquier#Epo#de#material.# Velocidades#_picas#son#330m/s#en#el#aire,#1450m/s#en#el#agua# y#cerca#de#5000m/s#en#el#granito.#
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Ondas#Secundarias#(S)#
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#####Las#ondas#S#(SECUNDARIAS)#son#ondas#transversales#o#de# corte,#lo#cual#significa#que#el#suelo#es#desplazado# perpendicularmente#a#la#dirección#de#propagación,# alternadamente#hacia#un#lado#y#hacia#el#otro.#Las#ondas#S# pueden#viajar#únicamente#a#través#de#sólidos#debido#a#que#los# líquidos#no#pueden#soportar#esfuerzos#de#corte.#Su#velocidad# es#alrededor#de#58%#la#de#una#onda#P#para#cualquier#material# sólido.#Usualmente#la#onda#S#Eene#mayor#amplitud#que#la#P#y# se#siente#más#fuerte#que#ésta.#
Período%y%resonancia% • PERIODO:%tiempo%transcurrido%entre%dos%puntos%equivalentes%de%una%oscilación.% • RESONANCIA:%respuesta%específica%de%un%sistema%capaz%de%oscilar%con%un%cierto%período.% Todo%tipo%de%suelo%produce%movimientos%los% cuales%generan%ondas%que%se%propagan%por% todas%las%superficies,%para%lo%que%la%estructura% debe%aceptar%este%movimiento%y%no%producir% daños%en%su%esqueleto.% % El%período%de%vibración%de%la%estructura%no% debe%entrar%en%fase%con%el%período%de% vibración%del%suelo.% % Los%períodos%naturales%del%suelo%están%entre% 0.5%y%1%seg.%% % Por%lo%que%se%debe%conseguir%un%período%de% vibración%distinto%para%la%edificación%caso% contrario%puede%entrar%en%resonancia.%
RESONANCIA#O#SINCRONISMO.#
FENÓMENO#APLAUSO.#
• La%resonancia%o%interferencia%constructiva%significa%la%amplificación%de% las%ondas%sísmicas%provocando%una%amplificación%excesiva%de%la% respuesta%estructural.% • Los%períodos%naturales%de%los%diferentes%tipos%de%suelo%dependen%de% sus%propiedades%físicas.%% • Mientras%las%estructuras%son%más%altas%su%comportamiento%es%más% flexible,%su%período%es%más%alto%y%su%rigidez%es%menor.% En#sepEembre#de#1985,#miles#de# construcciones#mexicanas#se# derrumbaron#porque#el#sismo#tenía# una#frecuencia#que#era#igual#a#las# frecuencias#de#oscilación#de#los# edificios.#Entraron#en#resonancia#y# no#contaban#con#mecanismos#para# amorEguar#las#vibraciones#
FACTOR#DE#REDUCCIÓN#DE#RESPUESTA#ESTRUCTURAL#R## • Para%observar%la%interacción%suelo% vs.%Estructura%se%deben%reducir%las% acciones%sísmicas%por%medio%de%un% factor%de%reducción%de%respuesta% estructural%R%con%el%objeto%de% proporcionar%a%la%estructura%la% capacidad%de%deformarse%más%allá% de%su%rango%elástico%sin%colapsar.%
ducElidad#
• 1<#R#<#12#
• R,%convierte%a%la%estructura%en% flexible%y%aumenta%la%flexibilidad%del% sistema%estructural.% • La%estructuración%consiste%en%hacer% diferente%el%período%del%suelo%con%el% de%la%estructura.%% • En%estructuras%altas%se%obtienen% períodos%altos%y%son%flexibles;%y%en% estructuras%bajas%se%obtienen%con% periodos%bajos%y%son%estructuras% rígidas%
sobrerresistencia# Estructura#menos# rígida# AmorEguamiento#
Hiperestacidad#
Amortiguamiento:# • Los%edificios%en%hormigón%no%pueden%oscilar%con%la%libertad%de%un%péndulo,%son%ineficientes%para%vibrar% y%cuando%se%ponen%en%movimiento%tienden%a%regresar%rápidamente%a%su%posición%de%equilibrio.% • El%amortiguamiento%se%parece%a%una%fuerza%de%rozamiento%interno%de%los%materiales,%donde%los%valores% bajos%del%amortiguamiento%pertenecen%a%los%materiales%más%perfectos.%% • Las%estructuras%metálicas%tienen%poca%capacidad%para%amortiguar,%en%cambio%poseen%poco%peso%y% mucha%resistencia%además,%oscilan%por%largo%tiempo.% • El%mayor%o%menor%amortiguamiento%en%un%edificio%depende%de%sus%conexiones%estructurales,%de%la% posición%de%su%centro%de%gravedad,%de%los%elementos%no%estructurales%y%de%los%materiales.%
• Cuando%las%presiones%sobre%el%suelo%son% muy%grandes%se%hace%necesario%aliviar% esas%presiones%por%medio%de%una%losa%de% cimentación,%la%cual%contribuye%a% amortiguar%las%fuerzas%sísmicas% atenuando%las%aceleraciones%que%se% transmiten%hacia%la%estructura%ya%que%se% redistribuyen%los%esfuerzos%sobre%el%suelo.%
% %
Resistencia%y%Rigídez:# % • La%rigidez%es%el%concepto%más%importante%de%ingeniería%sísmica%y%lo%opuesto%a%la%flexibilidad.%% • Puede%definirse%como%la%acción%necesaria%para%producir%un%desplazamiento%unitario.%La% medida%de%la%rigidez%es%la%deflexión.%% • Para%elementos%estructurales%que%soportan%cargas%el%aspecto%más%importante%es%la%rigidez,% todos%los%elementos%estructurales%deben%ser%rígidos%y%a%la%vez%flexibles.% • Los%cálculos%estructurales%se%hacen%estudiando%las%deformaciones%antes%que%la%resistencia.%
• El%problema%de%la%resistencia%consiste% en%saber%como%un%elemento%debe% resistir%una%carga%sin%exceder%el% esfuerzo%permitido,%se%debe%dotar%de% la%rigidez%necesaria%para%controlar%la% deflexión%y%prevenir%que%se%deforme.#
Ductilidad
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• Se%llama%ductilidad%a%la%capacidad%que%posee%un%material%para%deformarse%más%allá%del%rango%elástico% sin%pérdida%significativa%de%resistencia.%
• Ductilidad=#deformación#última/#deformación#en#fluencia# • Cuando%una%estructura%se%deforma%es%debido%a%que%posee%cierta%ductilidad%y%que%por%eso%su% aceleración%baja,%volviéndose%menos%rígida,%hay%que%bajar%la%aceleración%del%edificio%reduciendo%el% factor%de%respuesta%estructural%R%y%bajarán%las%fuerzas%sísmicas%sobre%la%estructura,%la%estructura%se% convierte%en%más%flexible%y%rígida%mientras%su%período%T%aumenta.%
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• Los%materiales%como%bloques%o%cemento% no%son%dúctiles%y%poseen%un%corto%período% de%vibración%presentando%facilidad%para% agrietarse.% • La%ductilidad%es%la%clave%del%diseño% estructural,%se%cumple%solo%cuando%existe% un%buen%diseño%estructural%permitiendo% soportar%grandes%fuerzas%de%sismo.%
Torsión% • La%simetría%es%una% característica%valiosa% para%la%configuración% de%edificaciones% resistentes%a%sismos.% • La%rotación%de%la%planta% produce%momentos% % torsionantes%en% columnas%alejadas%del% % centro%de%rigidez%y%la% % falla%se%produce%debido% # a%las%fuerzas%cortantes% por%torsión.% # • Toda%planta%irregular% implica%la%presencia%de% efectos%torsionantes% que%deben%ser% controlados.%
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% % % # #
Diafragmas%de%piso% • Son%pisos%rígidos%capaces%de%transmitir%cargas%horizontales%hacia%las%columnas%o% muros.%El%diafragma%actúa%como%una%viga%horizontal%tipo%I%como%alma%de%la%viga%y% sus%bordes%actúan%como%alas.% • Si%las%losas%de%entrepiso%son%% %abiertas%se%debilita%su%% %capacidad%para%resistir%fuerzas%% %y%generan%tensiones%en%la%% %orilla%de%la%abertura.%
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Pórticos%resistentes%a%momentos
%
• Son%estructuras%continuas%que% pueden%estar%formadas%por%un% número%variable%de%elementos%y%se% pueden%dividir%en%articulados%y% empotrados.% • Los%pórticos%se%diseñan%como% pórticos%dúctiles,%para%tener% capacidad%adicional%para%resistir% cargas%en%el%intervalo%inelástico% anterior%a%la%falla.% • Para%estructuras%de%poca%altura%el% uso%de%pórticos%dúctiles%tiene%la% ventaja%de%hacer%más%sencilla%la% planificación%arquitectónica%ya%que% las%dimensiones%de%los%vanos% pueden%diseñarse%en%tamaño% variable,%son%más%flexibles%que%las% estructuras%con%muros.%
Muros%resistentes%a%fuerzas% cortantes %
•
Los%muros%deben%ser%continuos%a% toda%su%altura%y%están%diseñados% para%resistir%fuerzas%laterales% provenientes%del%sismo% transmitido%por%los%diafragmas%de% piso%y%transmitirlos%al%suelo.%
•
Las%fuerzas%que%reciben%estos% muros%son%predominantemente% de%corte.%%
•
En%una%edificación%de%altura%el% tamaño%y%localización%de%los% muros%de%corte%son%críticos%pues% deben%absorber%por%lo%menos%el% 75%%de%las%fuerzas%horizontales% que%actúan%en%el%entrepiso%y% deben%ser%continuos%en%toda%la% altura%del%edificio.%
1.#Diafragma#horizontal# 2.#Marco#rígido# Un#marco#de#acero#o#de#concreto#reforzado#con#uniones#rígidas#capaz#de#resisEr#cambios#en#las#relaciones#angulares## 3.#Muro#de#cortante# Un#muro#de#madera,#concreto#o#mampostería#capaz#de#resisEr#cambios#de#forma#y#de#transferir#cargas#laterales#a#la# cimentación.# 4.Marco#arriostrado# Un#marco#de#madera#o#de#acero#arriostrado#con#miembros#diagonales#
Pórticos%arriostrados%con%diagonales
%
• Los%pórticos%arriostrados%con%diagonales%funcionan%al%corte,%el% arriostramiento%se%hace%con%perfiles%de%acero%en%compresión,%y%tracción% asegurándose%el%comportamiento%elástico%de%las%barras,%son%tan%resistentes% como%los%muros%de%corte.%
ESCALA
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% •
En%un%edificio%de%considerable%altura%la%violación% de%los%principios%de%distribución%y%proporción%de% masas%inerciales%implica%costos%altos%y%a%medida% que%la%altura%crece,%las%fuerzas%de%inercia%también% crecen.%% No%se%puede%alterar%el%tamaño%de%una%estructura% en%sus%componentes%y%conservar%el%mismo% comportamiento%estructural.% Pueden%considerase%edificaciones%bajas% aquellas%cuyos%períodos%sean%de%0.4%a%0.5% segundos.% % En%estructuras%con%períodos%altos%la% irregularidad%en%planta%genera%grandes% fuerzas%excéntricas%sobre%muros%y% columnas.%
Altura% • A%medida%que%un%edificio%aumenta%su%altura,%también%lo%hace%su%período%de%vibración% y%la%magnitud%de%las%fuerzas.%Es%muy%poco%probable%que%un%terremoto%genere% períodos%de%2%segundos,%este%dato%debe%servir%para%romper%la%resonancia.% • El%período%de%vibración%de%un%edifico%depende%también%de%la%relación%entre%la%altura%y% ancho%global,%alturas%de%pisos,%anchos%de%materiales%y%sistemas%estructurales%…%
Muy%raras%veces%la%altura%por%si%sola% constituye%una%variable%que%se%deba%controlar% para%atenuar%el%problema%sísmico.%
Tamaño%horizontal% • Cuando%la%planta%se%vuelve% extremadamente%grande,%el%edificio% puede%tener%dificultad%para% responder%como%una%unidad%a%las% vibraciones%sísmicas%requiriéndose% juntas%sísmicas%y%de%dilatación.% • Al%determinar%fuerzas%sísmicas%se% supone%que%la%superficie%vibra%como% un%sistema,%en%la%realidad,%la% propagación%de%las%ondas%sísmicas% no%es%instantánea.% • Los%esfuerzos%por%temperatura% preexistentes%y%los%esfuerzos%de% asentamiento%son%mayores%en% edificios%con%grandes%dimensiones% en%planta%y%pueden%sumarse%a%los% esfuerzos%inducidos%por%fuerzas% laterales.%
Movimientos#en#un#edificio#
Placa%colaborante%
%
•
Es%una%placa% colaborante%de%diseño% estructural%con% recubrimiento% galvanizado%y%un%diseño% moderno%de%geometría% trapezoidal,%que% cumple%con%los% requerimientos%para%la% construcción%de%losas% de%entrepiso%y% cubiertas;%adaptándose% tanto%a%sistemas%de% hormigón%como% metálicos%e%inclusive% sistemas%mixtos%
• 2 2 2 2 2 2 2
Características:% Elimina%el%uso%de%encofrados%y% apuntalamientos% Instalación%%ultra%rápida% Reduce%consumo%de%hormigón%y%hierro% Sustituye%el%acero%de%refuerzo%positivo% Gran%ahorro%de%mano%de%obra% Fabricación%a%medida% Sismo%resistente%
