CONCRETO ARMADO SEMANA 11, 12 (26-10, 02-11)
Los sismos y las Regulaciones sismorresisten tes el método
TORRE LATINOAMERICANA HAGIA SOFIA
EDIFICIO MIXTO EN PISCO
ESCUELA INFES A PARTIR DE 1997
CONTENIDO
• ENFOQUE DE DISEÑO SISMORRESISTENTE.
• LAS FUERZAS DE INERCIA GENERADAS POR LOS SISMOS EN LAS ESTRUCTURAS •APLICACIÓN DE LA NORMA SISMORRESISTENTE NTE-030 PARA LA EVALUACION DE LOS CORTANTES SISMICOS
APRENDIENDO A RECONOCER LOS ELEMENTOS QUE SOPORTAN SISMO
VIGA (.30 X .50)
5.50
.30
VIGA (.30 X .50)
5.80 .25
6.51
VIGA (.30 X .50) VIGA (.30 X .50)
5.75 .25
VIGA (.30 X .50)
.30
VIGA (.30 X .50)
VIGA (.30 X .50)
VIGA (.30 X .50)
VIGA (.30 X .50)
VIGA (.30 X .50)
VIGA (.30 X .50)
6.00 .25
.25
¿Cómo es en la otra dirección?
.40
.40 A
6.00
6.00
B 1
3
La evolución de las construcciones con la aparición del CONCRETO ARMADO Tal como manifiesta el Ing. Antonio Blanco, en los años 1920, 1930, 1940, la estructura de las edificaciones estaban hechas en base a muros. En los años 1950, 1960, aparece la “Modernidad de la Arquitectura” con el empleo de los pórticos de concreto. Se recurre a las plantas libres y a los tabiques En la década del 70, se inicia el cambio en las estructuras de edificios de concreto armado con la aparición de las normas técnicas peruanas. Hoy en día los conceptos que se manejan para las estructuras sismo resistentes son: No podemos hacer sólo pórticos flexibles, porque los desplazamientos laterales durante un sismo son importantes. El cambio es introducir muros a través de placas de concreto, para mejorar la rigidez lateral o porticos en edificios de pocos pisos; pero utilizando columnas peraltadas en las dos direcciones. La rigidez lateral hace que ante el efecto de los sismos, los edificios tengan menos desplazamientos y por ende menos daños.
Un nuevo estilo arquitectónico de Le Corbusier en 1929 (oeste de Europa, zona no sísmica)
Pórticos de concreto armado, con: columnas esbeltas, espacios muy grandes, voladizos, asimetría, plantas libres, envidriados continuos (muros cortina), fachadas libres con pocos elementos no estructurales.
¡Preocupación mundial! Por Responsabilidad del Arquitecto en la Configuración tamaño, forma (material) con la ubicación y tamaño de los elementos estructurales y no Estructurales.
Movimientos del suelo
Los sismos son movimientos vibratorios que se producen repentinamente en una zona de la superficie terrestre por efecto de fracturas bruscas en el lecho rocoso.
En pleno sismo
Volcánicos
Tectónicos
Borde Transformac ión
Borde convergente asociado a Zona de Subducción
Borde Borde Divergen Convergente te asociado a zona de colisión
Colapso
SISMICIDAD EN EL MUNDO
SISMICIDAD EN EL PERU •El Perú está localizado en una zona de alto riesgo sísmico, donde la mayor actividad sísmica (90%) se desarrolla en el Cinturón Circum-Pacífico. Los terremotos son de magnitud elevada y mas frecuentes. •El 10% de actividad sísmica en el Perú, es producida por fallas geológicas activas, distribuidas en la cordillera de los Andes. Son menores en frecuencia y magnitud. • Huancayo, está en zona de sismicidad media y está la falla de Huaytapallana.
Estructuras con y sin Diafragma
Con Diafragma
Sin diafragma
EJEMPLO DE UNA ESTRUCTURA CON DIAFRAGMA
RIESGO SÍSMICO DE LOS EDIFICIOS
Mag. Ing. Natividad Sánchez Arévalo
EL RIESGO SÍSMICO ,grado de destructividad que puede producirse en los edificios ubicados en zona sísmica. El peligro sísmico relacionada a la zona sísmica donde se ubica una edificación y a las condiciones locales del suelo(Caracteristicas y topografía del suelo). La vulnerabilidad sísmica depende de la características de la edificación: principalmente la configuración. Y sobre la base de un edificio bien configurado, intervienen: material, diseño estructural, calidad de la construcción. Terremoto Ancash 1970: Arriba: Calle y viviendas típicas antes y después del terremoto - Huaraz
En conclusión: Riesgo: Peligro y Vulnerabilidad
1)-Zona Sísmica 2)condiciones locales del suelo
El peligro sísmico y las condiciones locales del suelo
Mapa de intensidades sísmicas probables en La Molina y otras zonas de Lima. (
Mapa de distribución de daños en adobe en Huaraz –Terremoto, Ancash 1970 Isosistas del sismo de 1845 para dar una idea de la variación de intensidades del terremoto 1985
Zonificación de suelo mexicano y sectores afectados.
México 1985
Nazca 1996
LICUEFACCION
Niigata 1964
2
Ancash 1970
EL HUMEDAL DE TAMBO DE MORA – CHINCHA BAJA
PISCO 15-08-2007
“Ningún tipo de estructura debió construirse en la zona licuada de Tambo de Mora, por lo que se propone la creación de un museo de sitio, para que la humanidad entera no repita este error.” Ing. Ángel San Bartolomé
SISTEMAS ESTRUCTURALES BASICOS EN LAS ESTRUCTURAS CON DIAFRAGMA SEGUN SUS ELEMENTOS RESISTENTES VERTICALES
PORTICOS
MUROS PORTANTES
MIXTOS O DUALES
SISTEMAS ESTRUCTURALES BÁSICOS PARA LOS ELEMENTOS RESISTENTES EN EL PLANO VERTICAL EN ZONAS SÍSMICAS PÓRTICOS
NO
FALLAS CONFIGURATIVAS DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES 1. Fallas que pueden ocasionar las tabiquerías en las estructuras aporticadas muy flexibles.
peraltes deficientes de las columnas en los sistemas aporticados a.1. Falla por Columna corta 7.90
ATICO 2001
Falla por columna corta (con estribos) 3/8" a 0.10 m
NAZCA 1996
Falla por columna corta sin estribos C.E. Fermín del Castillo –T
M ur o de al ba ñil erí a co nfi na da
Corte A-A
COLUMNA CORTA
SOLUCIONES
3
peraltes deficientes de las columnas en los sistemas aporticados
a.2. PISO DÉBIL O BLANDO COLUMNAS TORSIONADAS
MURO ASIMETRICO
A. SAN BARTOLOME
A. SAN BARTOLOME
2
Vulnerabilidad sísmica por distribuciones asimétricas en planta
MURO ASIMETRICO A. SAN BARTOLOME
COLUMNAS TORSIONADAS A. SAN BARTOLOME
PARA EVITAR PISO BLANDO
Para evitar torsión
FALLAS CONFIGURACIÓN DE LOS SISTEMAS ESTRUCTURALES 2. Fallas que pueden ocasionar las estructuras muy flexibles en la tabiquería
Cuando los peraltes de las columnas son deficientes dañan la tabiquería
1
MOQUEGUA 2001 ANTONIO BLANCO
b) Efecto del sistema estructural en los tabiques de albañilería
Volcamiento de muros con junta a ras con las columnas Pisco 2007. A. San Bartolomé
TACNA 2001 ANTONIO BLANCO
MOQUEGUA 2001 ANTONIO BLANCO
2. Vulnerabilidad sísmica por distribuciones asimétricas en planta Plantas simétricas Plantas asimétricas Pesos excéntricos
Ubicaciones de centro de masa (CM) y centro de rigidez (CR). Izquierda: Plantas con distribución simétrica de elementos resistentes. Derecha: Plantas con distribución asimétrica de pesos y de rigideces de los sistemas resistentes.
Calle Calle
N Figura 10.2.2 (b) Colapso por torsión del edificio JC Penney, terremoto Anchorage 1964. (Adaptación: http://nisee.berkeley.edu y Arnold, 1987)
¿Qué ocasiona la asimetría en planta?
¿Qué ocasiona la asimetría en planta?
MURO ASIMETRICO A. SAN BARTOLOME
COLUMNAS TORSIONADAS A. SAN BARTOLOME
SOLUCIONES
DISPOSICION SIMÉTRICA DE LOS ELEMENTOS VERTICALES
Ó USAR MUROS FLOTANTES
1
Muy preferidas en los planteamientos arquitectónicos, permiten distribuciones agradables y funcionales, con buena iluminación y ventilación
2
Comportamiento sísmico de edificios con encuentro rígido en L (www.trainig.fema.gov y
3
La escuela de secundaria de West Anchorage, era una edificación de dos pisos, conformada en L, y con estructura de pórticos y muros de concreto armado. Fractura cercana a la unión de las dos alas
N 2
Planta típica
Daños en la escuela de secundaria West Anchorage. Terremoto Alaska 1964 (www.fema.gov y Arnold, 1987).
Ciudad de México. Terremoto 1985
Vulnerabilidad sísmica debida a choque entre edificios adyacentes
Otro tipo de daño observado en estos edificios se produjo por choque con edificios vecinos. PISCO 2007 M. ASTROZA
Vulnerabilidad sísmica otros daños observados en el sismo de Pisco 2007 (A. San Bartolomé)
Distribución de masas en la biblioteca. Identificar fallas por columna corta y piso blando en diferentes terremotos ocurridos en el Perú y otros países. Min 6 casos.
LA NTE-030
1. LAS NORMAS SISMORESISTENTES EN EL PERU
Se inició en el año 1964.
El primer proyecto de la Norma Peruana, se basó en el código de la Asociación de Ingeniería Estructural de California (SEAOC).
El año 1970 se publicó la primera Norma; posteriormente, la segunda y tercera en los años 1977 y 1997 respectivamente.
Actualmente está vigente la Norma Técnica de Edificación E-030 , publicada en el año 2003 y reactualizada en el nuevo Reglamento Nacional de Edificaciones publicado en junio del 2006.
La filosofía de diseño sismorresistente de la NTE-030, consiste en:
Evitar pérdidas de vidas Asegurar la continuidad de los servicios básicos y minimizar los daños a la propiedad.
Ante un sismo severo, el edificio podría sufrir daños estructurales y no estructurales, pero sin llegar al colapso
Ante un sismo moderado, podría experimentar daños estructurales leves, pero manteniéndose operacional
FACTOR DE ZONA (Z)
F. DE AMPLIFICACION DE SUELO (S)
F. DE AMPLIFICACION SISMICA (C)
Sistemas estructurales
Coeficientes de reducción R
Concreto Armado
Pórticos
8
Dual
7
Muros estructurales
6
Albañilería Armada o Confinada
3
Categoría
Descripción
U
AEsenciales
Hospitales, centrales de comunicaciones, cuarteles de bomberos y policías, subestaciones eléctricas, reservorios de agua, centros educativos y edificios que pueden servir de refugio después de un desastre, edificaciones que pueden representar riesgo adicional.
1.5
B Important es
Teatros, estadios, centros comerciales, instituciones, penales, museos bibliotecas, archivos especiales, depósitos de granos y otros almacenes importantes.
1.3
C comun es
Viviendas, oficinas, hoteles, restaurantes, depósitos e instalaciones industriales, cuya falla no acarree peligros de incendios, fugas de contaminantes, etc.
1.0
D menor es
Cercos menores a 1.50 m de altura, depósitos temporales. Viviendas pequeñas temporales y similares
Hospital Olive View con 1º y 2º pisos blandos, terremoto de San Fernando – California 1971
Colapso del edificio de la estación de Policía – Armenia 1999.
(*)
Colapso del primer piso del Liceo Raymundo Martínez debido a deficiencias constructivas. Terremoto de Cariaco 1997, Venezuela
ANALISIS ESTRUCTURAL
CALCULO DE V Y P Para calcular V
•Calculo del peso P de la edificación , según 16.3, NTE-030: -Categorías A y B, P = Pm + 0.50 Pv -Categoría C P= Pm + 0.25 Pv
• Para calcular el peso de los elementos resistentes en el plano vertical, se considera que sus alturas contributivas son la mitad de las alturas de los muros que concurren verticalmente en cada piso ó techo. También deben considerarse el peso de los alfeizares, con la carga que transmite a cada piso. •Calcular V y distribuirlo por altura
PERO: CON FINES PRÁCTICOS, PARA PODER PERCIBIR EL PROCESO DE CÁLCULO DE UN ANÁLISIS SÍSMICO CON EL MÉTODO APROXIMADO DEL PORTAL. CON MUY BUENA APROXIMACIÓN SE PUEDE ESTIMAR EL PESO DE UNA EDIFICACION DE LA SIGUIENTE MANERA:
PESO = P = 1 TON/M2 X AREA DE PLANTA X Nº PISOS
PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS PARA CARGAS DE SISMO (Según NTE-030, artículo 14) Existen 2 métodos: 1) 2)
Método de análisis dinámico Método de análisis estático
La NTE-030, permite utilizar el método estático, con las limitaciones que estipula
Cabe resaltar que el artículo 18.2-d, estipula que cuando se usa el método de análisis dinámico, debe verificarse en X, Y, lo siguiente: Estructuras regulares Vdinámico ≥ 0.80 Vestático Estructuras irregulares Vdinámico ≥ 0.90 Vestático
MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTÁTICOS •LOS MÉTODOS DE ESTE TIPO DE ANÁLISIS SE BASAN GENERALMENTE EN LA DETERMINACIÓN DE LA FUERZA LATERAL TOTAL (CORTANTE EN LA BASE), PARA DESPUÉS DISTRIBUIR ESTA CORTANTE EN FUERZAS CONCENTRADAS EN LOS DIFERENTES PISOS. •UNA VEZ DETERMINADA LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE, DEBE DEFINIRSE CUÁLES SON LAS FUERZAS CORTANTES INDIVIDUALES APLICADAS EN CADA PISO, LAS QUE SUMADAS DEBEN DAR EL CORTANTE TOTAL. •LA NTE-030 ACEPTA LA HIPOTESIS DE QUE LA DISTRIBUCIÓN DE ACELERACIONES “ai” EN LOS DIFERENTES NIVELES DE LA ESTRUCTURA ES LINEAL. PARTIENDO DE CERO EN LA BASE HASTA UN máximo “am” EN LA PUNTA.
¿Qué son las fuerzas estáticas? • La palabra estática significa que las fuerzas son constantes en el tiempo. A diferencia del análisis de las cargas dinámicas y sus efectos sobre las estructuras , que son variables en el tiempo. •El empleo de los efectos estáticos equivalentes, permite un análisis y diseño mas simple que los procedimientos de análisis dinámico.
•Para los efectos de sismo, la transformación básica consiste en establecer una hipotética fuerza estática horizontal que se aplica a la estructura para simular los efectos de los movimientos laterales.
MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTÁTICOS LOS MÉTODOS DE ESTE TIPO DE ANÁLISIS SE BASAN GENERALMENTE EN LA DETERMINACIÓN DE LA FUERZA LATERAL TOTAL (CORTANTE EN LA BASE), PARA DESPUÉS DISTRIBUIR ESTA CORTANTE EN FUERZAS CONCENTRADAS EN LOS DIFERENTES PISOS.
UNA VEZ DETERMINADA LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE, DEBE DEFINIRSE CUÁLES SON LAS FUERZAS CORTANTESA INDIVIDUALES APLICADAS EN CADA PISO, LAS QUE SUMADAS DEBEN DAR EL CORTANTE TOTAL. LA NTE-030 ACEPTA LA HIPOTESIS DE QUE LA DISTRIBUCIÓN DE ACELERACIONES “ai” EN LOS DIFERENTES NIVELES DE LA ESTRUCTURA ES LINEAL. PARTIENDO DE CERO EN LA BASE HASTA UN MAXIMO “am” EN LA PUNTA.
La fuerza lateral en cada piso es: Fi= mi x ai = Wi/g x ai (1) ; De acuerdo a la variación lineal de la aceleración : ai = am x hi/H (2); Reemplazando 2 en 1; Fi = Wi/g x hi/H x am (3) V = ∑Fi = am/H ( ∑Wihi/g ) (4); Despejando de ( 4) am = V x H g / ∑Wihi ; reeeplazando en 3, se obtiene una expresión para Fi en cada entrepiso: Fi = Wi/g x hi/H x V x H g / ∑Wihi = ( Wi x hi )/ (∑Wihi ) V
INTERPRETACIÓN DEL CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS DE LA NTE-030
1. Exigencia de contar con diafragmas rígidos y rigidez lateral Longitud
Ancho
Diafragma
Peralte
Muro Portante de Albañilería A n c h o = 7 . 4 0 Volado m 2.35 .m.
3.90 m.
Viga (0.30 x 0.55 m.)
3.90 m.
3.90 m.
Viga (0.25 x 0.55 m.)
3.90 m.
Longitud = 23.65 m.
3.90 m.
3.90 m.
Estructura con diafragma rígido y con rigidez lateral en las dos direcciones principales.
La NTE-070, considera que un diafragma de concreto armado es rígido cuando la relación de sus dimensiones en planta, longitud/anch o, es menor o igual a 4
Se debe buscar la simetría en la distribución de la planta del edificio, en la distribución de los pesos y las rigideces de los pórticos y muros, para evitar torsión. La figura ilustra
casos de simetría, ideales, aceptables y no recomendables.
Ideal
Aceptable
No recomendable
Plantas con distribuciones de rigideces simétricas y asimétricas. (Adaptación de la plantas del edificio Penney – Anchorage, 1964)
4. Evitar irregularidades en planta
Si La ≤ 0.2 L……¡¡¡¡No hay problema!!!! L
L
La
L
La
La
L
La
Si La > 0.2 L…… La solución es:
L = Longitud total La = Longitud del ala
Soluciones sismorresistentes a las formas H, L, T, +.
La NTE-030 recomienda que las alas de estas formas sean como máximo el 20% de la dimensión total en cada una de las direcciones.
Se debe evitar irregularidades en los diafragmas. Las discontinuidades generadas por aberturas mayores al 50% del área total de la planta, atentan contra la hipótesis de diafragma rígido
USANDO SOLUCIONES ADECUADAS
Edificio con pisos inclinados o con desniveles
(a) Algunos casos que originan efectos de columnas cortas ante los sismos. Edificio con mezanines.
Edificio de Centro Educativo
Algunas de las soluciones para estos casos es incrementar la rigidez lateral en la dirección propensa a columnas cortas.
1
3
8.
Dotar de mayor cantidad de elementos resistentes
Se deben preferir estructuras con mayor número de elementos estructurales. En estos casos, si un miembro empieza a fallar, habrá otros elementos que pueden evitar el colapso de la estructura
1
Perú- sur 2001
Kobe 1995
10 Juntas de separación sísmica
Se debe considerar juntas de separación sísmica entre edificios adyacentes . El objetivo es evitar choques entre ellos, que pueden producir daños muy fuertes en ambos.
Espesor de junta
Junta
Junta
SUGERENCIA: Espesor de junta aprox. igual a 0.08 de la altura del punto más alto de posible contacto.
Análisis sísmico -METODO DEL PORTAL El método del Portal sirve para encontrar los esfuerzos de Momentos Flectores y Cortantes en forma aproximada, ante efectos de cargas laterales; sus resultados tienen mejor aproximación cuando se trata de edificios de pocos pisos. Los pasos seguidos con la aplicación del Método del Portal son:
EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA Datos: Zona: Lima => Z=0.4 Suelo: Bueno => S=1.0 Uso: Común => U=1.0 Coeficiente Sísmico C= 2.5 Factor de Reducción R= 8 .40
.40 A
6.00
6.00
B 3
1
PLANTA
ELEVACION
P=1ton/m2 x área x Nº de pisos P=1ton/m2 x (6.80 x 6.80)m2 x 2 P= 92.48 ton P/piso = P/2 = 46.24 ton
V=
Z*S*C*U*P R
V=0.4 x1x2.5x1x92.48 8 V= 11.56 ton
DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA .40
.40
Vtotal=
A
11.56 ton
6.00
6.00
Vportico= 11.56/2 = 5.78 ton Fi = ( Wi x hi )/ (∑Wihi ) V
B 3
NIVEL
1
H TOTAL
(ALTURA AL TECHO)
P (ton)
PESO POR PISO
P*H
%
V(%)
PORCENTAJE DE LA FUERZA CORTANTE (V)
2º 5.50
46.24
254.32 64.71 %
3.74 ton
1º 3.00
46.24
138.72 35.29 %
2.04 ton
TOTAL
393.04
P=1ton/m2 x área x Nº de pisos P=1ton/m2 x (6.80 x 6.80)m2 x 2 P= 92.48 ton P/piso = P/2 = 46.24 ton
V=
Z*S*C*U*P R
V=0.4 x1x2.5x1x92.48 8 V= 11.56 ton
4. DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA Vtotal= Vportico=
11.56 ton 11.56/2 = 5.78 ton
NIVEL
Fi = ( Wi x hi )/ (∑Wihi ) V H TOTAL
(ALTURA AL TECHO)
P (ton)
PESO POR PISO
P*H
%
V(%)
PORCENTAJE DE LA FUERZA CORTANTE (V)
2º 5.50
46.24
254.32 64.71 %
3.74 ton
1º 3.00
46.24
138.72 35.29 %
2.04 ton
TOTAL
393.04
1.625m
1.2m
0.35x 2.5= =0.875m
0.6x 3= =1.8m
3.74 ton
5.78 ton
VC1 VC2
VC2
VC1
3.47 t-m
3.04 t-m
2.89 1.87
2.89ton
1.87 ton
1.64 t-m
5.2 t-m
3.04
3.04
1.64
3.47
5.2
3.04x2/6.4 =0.95
5.11
5.11x2/6.4 =1.6 0
3.04
0.95
5.11
1.60
3.04
1.64
3.47
5.2
3.04
3.04
𝟑.𝟎𝟒+𝟑.𝟎𝟒 𝟔.𝟒
3.04
= 𝟎. 𝟗𝟓𝒕𝒏
𝟑. 𝟎𝟒 + 𝟏. 𝟔𝟒 = 𝟏. 𝟖𝟕𝒕𝒏 𝟐. 𝟓 1.64
3.47
2.50 1.87 tn
5.11
5.11
𝟓.𝟏𝟏+𝟓.𝟏𝟏 𝟔.𝟒
𝟑. 𝟒𝟕 + 𝟓. 𝟐 = 𝟐. 𝟖𝟗𝒕𝒏 𝟑 5.2
3.04
6.40
= 𝟏. 𝟔𝟎𝒕𝒏
1.64
3.47
2.89 tn 5.2
3.00
La columna está traccionada
0.95 ton
0.95 ton 0.95
0.95
1.60 1.6+.95=2.55
1.60 2.55
La columna está comprimida
0.95 ton 1.87 ton
1.87 ton
2.5m
1.60 ton
2.89 ton
2.89 ton
6.4 m
3m
ANALISIS ESTRUCTURAL ENFOCADO AL DISEÑO SE OBTIENE POR SEPARADO LÓS ANÁLISIS PARA FUERZA SÍSMICA Y PARA CARGAS VERTICALES PARA QUE EN EL PROCESO DE DISEÑO SE PUEDAN PROCESAR LAS 05 COMBINACIONES DE CARGA
APLICANDO EL MÉTODO DEL PORTAL PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO, SE OBTIENEN LOS MOMENTOS FLECTORES Y FUERZAS CORTANTES EN EL PÓRTICO.
