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Eber Godínez Domínguez - sociedad mexicana de ingeniería ...

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CURSO:SEGURIDAD SÍSMICA DELAS CONSTRUCCIONESCONCEPTOS GENERALES DEDISEÑO Y RESPUESTA SÍSMICADE EDIFICIOSDr. <strong>Eber</strong> Alberto Godínez Domínguez


CRÉDITOSMaterial visual:Dr. Arturo Tena Colunga, Dr. Amador Terán Gilmore,Dr. Oscar Zúñiga Cuevas, Dr. Luis Eduardo Pérez-Rocha, Dr. Guillermo Alonso Solís.Información adicional:Páginas web públicas (ssn, nisee-berkeley, etc.),libros.


ALCANCECrear un contexto que permita enten<strong>de</strong>r lasbases en que se sustenta el diseño sísmico, ycomo consecuencia, promover unentendimiento <strong>de</strong> cómo las <strong>de</strong>cisiones que setoman durante el proceso <strong>de</strong> diseñoimpactan el comportamiento esperado <strong>de</strong>edificios sujetos a acciones sísmicas intensas. Conceptos generales <strong>de</strong> diseño sísmico Criterios <strong>de</strong> estructuración <strong>de</strong> edificios Lecciones <strong>de</strong> sismos recientes.


Generalida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>lDiseño Sísmico


PROCESO GLOBAL DEL DISEÑOSÍSMICOFase conceptualFase numéricaFase <strong>de</strong> implantación


DISEÑO SÍSMICOSDEMANDA SÍSMICARCAPACIDAD SÍSMICAExisten incertidumbres y errores importantes en laestimación <strong>de</strong> S y R. Por ejemplo:Concepto% <strong>de</strong> errorFuerzas <strong>de</strong>bidas a sismo >100%Determinación <strong>de</strong> cargas vivas 100%Determinación <strong>de</strong> cargas muertas 20%También existen errores en las capacida<strong>de</strong>s resistentes.


OBJETIVOS DE DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA DE OCUPACIÓNESTÁNDAR (TERÁN 2005)‣ Resistir sin daño niveles menores <strong>de</strong> movimientosísmico;‣ Resistir sin daño estructural, aunqueposiblemente con algún tipo <strong>de</strong> daño no estructural,niveles mo<strong>de</strong>rados <strong>de</strong> movimiento sísmico;‣ Resistir sin colapso, aunque con algún tipo <strong>de</strong>daño estructural y no estructural, niveles mayores<strong>de</strong> movimiento sísmico.Los reglamentos suelen basar el diseño sísmico en esteobjetivo, con la suposición implícita <strong>de</strong> que con ello sesatisfacen los tres objetivos.


DISEÑO SÍSMICODEMANDA SÍSMICACAPACIDAD SÍSMICAResistencia lateralRigi<strong>de</strong>z lateralB vs AResistencia lateralRigi<strong>de</strong>z lateralCapacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formaciónCapacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación Resistir sin colapso, aunque con algún tipo <strong>de</strong> dañoestructural y no estructural, niveles mayores <strong>de</strong>movimiento sísmico.


Daño estructural en función <strong>de</strong>l nivel <strong>de</strong><strong>de</strong>formación El nivel <strong>de</strong> daño o <strong>de</strong><strong>de</strong>gradación que sufren loselementos estructurales, noestructurales y el contenido<strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> los valores <strong>de</strong>l<strong>de</strong>splazamiento lateral(<strong>de</strong>formación plástica),velocidad, aceleración. Unmenor nivel <strong>de</strong> respuestaimplica menor nivel <strong>de</strong> dañoZúñiga (2005)


B vs AS RDependientes <strong>de</strong>lnivel <strong>de</strong> dañoaceptableZúñiga (2005)


Las propieda<strong>de</strong>s estructurales <strong>de</strong> unedificio (rigi<strong>de</strong>z y resistencia) <strong>de</strong>benproporcionarse para controlar,<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> límites técnicos yeconómicos aceptables, surespuesta dinámica durante lasexcitaciones sísmicas <strong>de</strong> diseño.


CONCEPTOS BÁSICOS DEDINÁMICA ESTRUCTURAL1.401.201.00a/g0.800.600.400.200.000 1 2 3 4 5Periodo, T (s)


Dinámica EstructuralEstudio <strong>de</strong> las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> movimiento que experimenta unaestructura ante una excitación dada. Bases para explicar la respuesta sísmica <strong>de</strong> las estructurassismorresistentes (amplificación o <strong>de</strong>amplificación) Herramientas para estimar las <strong>de</strong>mandas sísmicas Control <strong>de</strong> la respuesta estructuralLa respuesta <strong>de</strong> un edificio<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> tanto <strong>de</strong> suspropieda<strong>de</strong>s estructurales,como <strong>de</strong> la interacción quetengan con lascaracterísticas <strong>de</strong>lmovimiento <strong>de</strong>l terreno.


mkcxDinámica Estructural Sistemas <strong>de</strong> un grado <strong>de</strong> libertadcmkx(t)F(t)T, k, Sistemas <strong>de</strong> varios grados <strong>de</strong> libertadRigi<strong>de</strong>zmasaamortiguamiento El movimiento <strong>de</strong> una estructura se caracteriza por tresmedidas: <strong>de</strong>splazamiento, velocidad y aceleración


Sistemas <strong>de</strong> un grado <strong>de</strong> libertad (S1GL)Ecuación <strong>de</strong> movimiento La ecuación <strong>de</strong> movimiento establece el equilibriodinámico que se da entre la fuerza externa y las fuerzasinternas generadas en el sistema.fI( t)f ( t)f ( t)F(t)DRmx( t)cx( t)kx(t)F(t)cmx(t)F(t)fD(t)fR(t)fI(t)x(t)F(t)k


DesplazamientoPERIODO FUNDAMENTAL DE VIBRACIÓNPeriodo: es el intervalo <strong>de</strong>tiempo que un sistemainvierte para completar unciclo <strong>de</strong> movimiento envibración libreUo-UoT2T(s)


AMORTIGUAMIENTOAmortiguamiento (Tena 2004): Mecanismo <strong>de</strong>disipación <strong>de</strong> energía <strong>de</strong>bido a fuentes tales comocomportamiento viscoso (ejemplo: fluidos), fricción,comportamiento histerético (por ejemplo, metales).


VIBRACIÓN LIBRE AMORTIGUADAEl amortiguamiento crítico representa el amortiguamiento mínimorequerido por un sistema para eliminar su vibración cuando se<strong>de</strong>splaza <strong>de</strong> su posición <strong>de</strong> equilibrio y se libera repentinamente. Ϛ<strong>de</strong>nota el porcentaje <strong>de</strong> amortiguamiento crítico con que cuentaun sistema.


(Newmark y Hall 1982)


RESPUESTA ANTE CARGAS SÍSMICASPara llevar a cabo un diseño sísmico, resulta impráctico resolver laecuación <strong>de</strong> movimiento mediante integración numérica. Por lo que elproblema <strong>de</strong>l análisis sísmico <strong>de</strong> un S1GL se ha resuelto <strong>de</strong>s<strong>de</strong> un punto<strong>de</strong> vista práctico. Por ello, se plantean espectros <strong>de</strong> aceleración conformea lo siguiente:....f s max ku max mu max u maxg..kSe plantea la fuerza sísmica enmax umaxtérminos <strong>de</strong> la inercia, es <strong>de</strong>cir, enmtérminos <strong>de</strong> la masa o peso <strong>de</strong>l..sistema)2max umaxuuWNote que al conocer T, y por tanto ω, es posible estimar laaceleración máxima <strong>de</strong>l sistema a partir <strong>de</strong>l <strong>de</strong>splazamientomáximo


ESPECTROS DE DISEÑOFormas características <strong>de</strong> los espectros <strong>de</strong> peligro uniforme (Ordaz et al2003)


ESPECTROS DE DISEÑO1Q1kTTasiTTaQ'11QQ11krksisiTTaTTbTbk2T0.35ssisi0.5TsTs1.651.65sRelación entre los puntos que <strong>de</strong>finen los espectros <strong>de</strong> peligrouniforme suavizados y el periodo dominante <strong>de</strong>l suelo (Ordaz et al.2003)


ESPECTROS DE DISEÑOk=0 Espectros típicos <strong>de</strong> terreno blandok=1 Espectros típicos <strong>de</strong> terreno firmes(Ordaz et al. 2003)A periodos largos el <strong>de</strong>splazamientoespectral tien<strong>de</strong> a una constante quees el <strong>de</strong>splazamiento máximo <strong>de</strong>lsuelo


ESPECTROS DE DISEÑO Debe ser una envolvente <strong>de</strong> los espectros <strong>de</strong> respuesta elásticosregistrados o esperados para un sitio específico o una región. Deben cubrir <strong>de</strong> forma razonable diversas fuentes <strong>de</strong>incertidumbre (valuación <strong>de</strong> periodos, efectos <strong>de</strong> sismos <strong>de</strong>diferentes orígenes, tipo <strong>de</strong> suelo, influencia <strong>de</strong>l amortiguamiento,etc.)1.40a/g1.201.000.800.600.400.20ZIIIb-NTCS-0401-NS03-EW03-NS04-NS05-NS08-EW08-NS55-EW58-NS62-NSRM-EWSCT-EW0.000 1 2 3 4 5Periodo, T (s)


Espectros <strong>de</strong> Diseño Inelástico NTCS-2004aaß cQ'Espectro Elásticoß cQ' REspectro ElásticoEspectro inelásticoEspectro inelásticoa 0a 0T aT bTT aTbTCuerpo principal <strong>de</strong> las NTCS-04Apéndice A <strong>de</strong> las NTCS-04Adaptada <strong>de</strong> Tena-Colunga et al. (2009) Las estructuras <strong>de</strong> ocupación estándar se diseñanconsi<strong>de</strong>rando que pue<strong>de</strong>n exhibir comportamiento plásticodurante sismos severos.


Espectros <strong>de</strong> Diseño Inelástico MOC-2008aß cAceleración máxima cm/s 210 500a 0a0/RpQ' RpEspectro ElásticoT aT bT cEspectro inelásticoTAdaptada <strong>de</strong> Tena-Colunga et al. (2009)


Factor R (MOC 2008)RRR00;0.51Te/ TasisiTeTeTaTaDepen<strong>de</strong> <strong>de</strong>l sistema estructural


Factor R (MOC 2008)


Estudios recientes Factor RGodínez (2012)Factor <strong>de</strong> reducción, R1098765432100.0 0.5 1.0 1.5 2.0CHEVRÓNMo<strong>de</strong>los x50VMo<strong>de</strong>los y50VMo<strong>de</strong>los x75VMo<strong>de</strong>los y75VCRUZMo<strong>de</strong>los x50XMo<strong>de</strong>los y50xMo<strong>de</strong>los x75XMo<strong>de</strong>los y75XR-NTCS-04R-ChevrónR-CruzRR1.71.7;2.52.5;2.315.0 1TTee/ T/ TaasisisiTTTsiTapia (2011)eeeTTTeaaTaTaT/T a


Factor por redundancia estructuralyA1 2 3 4 5 6 7 8Byx =1.0y =0.8a) Planta <strong>de</strong> un edificio con marcos <strong>de</strong> una crujía en dirección YxA12345678Bcx =1.25 =1.0yb) Planta <strong>de</strong> un edificio con marcos <strong>de</strong> dos crujías en dirección YFactores <strong>de</strong> reducción por redundancia estructural <strong>de</strong> acuerdo al MOC-2008(Adaptada <strong>de</strong> MOC-08 2009)x


Factor <strong>de</strong> amplificación por comportamiento <strong>de</strong>gradante1.501.401.301.201.10A cd1.000.900.800.700.600.500 1 2 3 4 5Periodo, T (s)0.20a*A cd/ Q'RAcd0.8231T0.5Ts15a/g0.150.100.05a/ Q'R0.000 1 2 3 4 5Periodo, T (s)


DISEÑO DE LA RESISTENCIA LATERAL DE LA ESTRUCTURAAceleración0.50a0.40Elástico Q=40.30a 00.10a/g0.200.000 1 2 3 4 5Periodo, T (s)PeriodoV bTaWFiV bVbnj 1aWW hiiW hjj


DISEÑO DE LA RIGIDEZ LATERAL DE LA ESTRUCTURAFnuihiui-1F1Distorsiónuihuii1


DISEÑO DE LA RIGIDEZ LATERAL DE LA ESTRUCTURAuihiui-1Distorsiónuihuii10.0060.012En el C.P.Si los elementos noestructurales rígidos noestén aislados <strong>de</strong>l sistemaestructural sismorresistente


DISEÑO DE LA RIGIDEZ LATERAL DE LA ESTRUCTURACálculo <strong>de</strong>l <strong>de</strong>splazamientoesperadoR Q / H


Los códigos <strong>de</strong> diseño se calibran <strong>de</strong> tal manera que laresistencia y rigi<strong>de</strong>z lateral puedan controlar la ductilidadmáxima <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> límites que el <strong>de</strong>tallado proporcionadosea capaz <strong>de</strong> acomodar En este contexto, existen diferentes opcionesConsi<strong>de</strong>re periodo constante


Ilustraciones cortesía Dr. Amador Terán


El diseño sísmico consiste en <strong>de</strong>terminar la resistencia yrigi<strong>de</strong>z lateral que <strong>de</strong>ben proporcionarse a la estructurapara que, durante la excitación sísmica <strong>de</strong> diseño asociadaal estado límite <strong>de</strong> seguridad, su <strong>de</strong>manda máxima <strong>de</strong>ductilidad (μ max ) no exceda su capacidad.DEMANDA SÍSMICAResistenciaRigi<strong>de</strong>zCAPACIDAD SÍSMICAResistenciaRigi<strong>de</strong>z


RESPUESTA NOLINEAL DEESTRUCTURAS


COMPORTAMIENTO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS Análisis estáticos no linealesF nVV yF 1∆ y∆ u∆


CORTANTE BASAL (TON)COMPORTAMIENTO NO LINEAL DE ESTRUCTURAS1600.001400.001200.001000.00800.00600.00400.00200.000.000.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60DESPLAZAMIENTO DE AZOTEA (M)


Necesario producir sistemas estructurales que seancapaces <strong>de</strong> resistir las excitaciones sísmicas mediante unmecanismo consistente y estable:


Análisis simplificadosu maxTEc=V/WREspectros <strong>de</strong> <strong>de</strong>mandas <strong>de</strong> ductilidad (Godínez 2010)


CARGA AXIAL (TON)MOMENTO (TON-M)A (cm/seg2)A (cm/seg2)A (cm/seg2)A (cm/seg2)DESPLAZAMIENTO DE AZOTEA (CM)ANALISIS DINÁMICOS NO-LINEALESREG5100806040200-20 0 50 100 150 200 250-40-60-80-100t (seg)REG61005000 50 100 150 200 250-50-100t (seg)REG7REG810010050500-500 50 100 150 200 2500-500 50 100 150 200 250-100t (seg)-100t (seg)Time-History806040200.50.40-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02-200.3-40-60-80DESPLAZAMIENTO (M)0.20.1Time-History3002001000-0.1-0.20 50 100 150 200 2500-0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02-100-200-300-0.3-0.4Time(sec)-400DESPLAZAMIENTO (M)


EstructuraciónFuentes:Bazán y Meli (1998), NTCS(2004), MOC (2008), Terán(2004), Tena (2008)


EstructuraciónDISEÑO ESTRUCTURALESTRUCTURACIÓN ANÁLISIS DIMENSIONADO


Estructuración Integrar la labor <strong>de</strong> arquitectos e ingenierosestructurales Plantear las necesida<strong>de</strong>s mínimas <strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>z,resistencia y regularidad que requiere laestructura (o tener conciencia <strong>de</strong> susconsecuencias). El reto: Conjugar las necesida<strong>de</strong>sarquitectónicas y estructurales y lograr a lavez un proyecto funcional, seguro yestéticamente atractivo.


Estructuración El edificio <strong>de</strong>be poseer unsistema estructural que lebrin<strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>z y resistencia acargas laterales en cualquierdirección (sistemas resistentesortogonales). La configuración <strong>de</strong> loselementos estructurales<strong>de</strong>ben permitir un flujocontinuo, regular y eficiente<strong>de</strong> las fuerzas sísmicas <strong>de</strong>s<strong>de</strong>el punto en que se generanhasta el terreno


Estructuración En lo posible tratar que laestructura sea sencilla,regular, simétrica y continua(evitar irregularida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>masas y/o rigi<strong>de</strong>ces) Estructuras redundantes y concapacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formacióninelástica que permita disiparla energía introducida porsismos intensos, medianteamortiguamiento inelástico ysin fallas frágiles locales oglobales.


Sistemas estructuralesTIPOSFormas <strong>de</strong> proporcionar resistencia lateral a un edificio1. Marcos rígidos2. Marcos rigidizados con contravientos3. Marcos rigidizados con muros <strong>de</strong> mampostería4. Marcos rigidizados con muros <strong>de</strong> concreto


Sistemas estructuralesTIPOSFormas <strong>de</strong> proporcionar resistencia lateral a un edificio1. Marcos rígidos Disponibilidad <strong>de</strong> espacios . Buena capacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación,aunque pue<strong>de</strong> ser difícil controlarsu <strong>de</strong>splazamiento. Permiten una distribuciónrazonable <strong>de</strong> resistencia, rigi<strong>de</strong>z ycapacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación, tanto enplanta como en altura. Permite que varios elementosestructurales participen <strong>de</strong> maneraimportante para resistir las cargaslaterales, así como su redistribuciónen la estructura y la cimentación.


Sistemas estructuralesFormas <strong>de</strong> proporcionar resistencia lateral a un edificio1. Marcos rígidos Zonas críticas. Conexiones vigacolumna,así como los extremos <strong>de</strong>los elementos. Es necesario cuidarel nivel <strong>de</strong> carga axial en lascolumnas <strong>de</strong> bor<strong>de</strong> y esquina. Observaciones. Es convenienteemplear elementos estructuralesesbeltos (relación <strong>de</strong> esbeltezmínima <strong>de</strong> 4:1)


Sistemas estructurales2. Marcos rigidizados con contravientosTIPOS Manejo menos flexible <strong>de</strong> espacios respecto al sistemaanterior. Los contravientos así como sus elementos <strong>de</strong> soporte trabajanbásicamente a fuerza axial Es una buena opción para controlar <strong>de</strong>splazamientos laterales<strong>de</strong> edificios, pues los marcos rigidizados exhiben <strong>de</strong> mo<strong>de</strong>radaa alta rigi<strong>de</strong>z El comportamiento sísmico <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> formaimportante <strong>de</strong> la relación <strong>de</strong> esbeltez <strong>de</strong> los contravientos. Para proporcionar al edificio una distribución razonable <strong>de</strong>resistencia, rigi<strong>de</strong>z y capacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación, loscontravientos <strong>de</strong>ben distribuirse a<strong>de</strong>cuadamente en planta yelevación.


Sistemas estructurales2. Marcos rigidizados con contravientos Zonas críticas. Cuidar el diseño <strong>de</strong>las columnas <strong>de</strong> soporte y lacimentación. Observaciones. Necesario <strong>de</strong>tallarcon cuidado los contravientos,especialmente en lo que se refierea su conexión con la estructura y suradio <strong>de</strong> giro (evitar problemas <strong>de</strong>pan<strong>de</strong>o). La eficiencia <strong>de</strong> loscontravientos crece conforme suángulo <strong>de</strong> inclinación se acerca alos 45°.


Sistemas estructurales3. Marcos rigidizados con muros <strong>de</strong> concreto Manejo poco flexible <strong>de</strong> espacios arquitectónicos e iluminación Los muros exhiben alta rigi<strong>de</strong>z en su plano, por lo quecontribuyen al a<strong>de</strong>cuado control <strong>de</strong> los <strong>de</strong>splazamientos laterales<strong>de</strong>l edificio, absorbiendo a la vez un alto porcentaje <strong>de</strong> la cargasísmica El comportamiento lateral <strong>de</strong> los muros <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> formaimportante <strong>de</strong> su relación <strong>de</strong> esbeltez (robustos-corte, esbeltosflexión). Por su alta rigi<strong>de</strong>z, concentran las carga sísmica, por lo que si nose rigidizan varias crujías, pue<strong>de</strong> ser complicado proporcionar aledificio una distribución razonable <strong>de</strong> resistencia, rigi<strong>de</strong>z ycapacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>formación, tanto en planta como en altura.


Sistemas estructurales3. Marcos rigidizados con muros <strong>de</strong> concretoZonas críticas. Es necesario cuidar eldiseño y <strong>de</strong>tallado <strong>de</strong> la base <strong>de</strong>l muro yestudiar cuidadosamente la posibilidad<strong>de</strong> proporcionarle elementos <strong>de</strong> bor<strong>de</strong>.El diseño <strong>de</strong>l alma rige elcomportamiento <strong>de</strong> muros robustos. Observaciones. En su diseñonormalmente no importan lasconsi<strong>de</strong>raciones <strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>z lateral. Enalgunos casos se acopla dos murosmediante vigas cortas. Durante el análisis<strong>de</strong> estructuras con muros es importanteconsi<strong>de</strong>rar las zonas rígidas en lai<strong>de</strong>alización <strong>de</strong> los elementosestructurales.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Distribuciones in<strong>de</strong>seables <strong>de</strong>l peso <strong>de</strong>l edificioa) Concentración a) Concentración <strong>de</strong> pisos en superiores. pisos superiores. b) Distribuciones asimétricas.TorsiónDistribuciones in<strong>de</strong>seables <strong>de</strong>l peso <strong>de</strong>l edificio.


Aspectos que afectan el comportamiento‣Distribuciones en plantasísmico <strong>de</strong> edificiosFormas asimétricas en planta que son in<strong>de</strong>seables por ten<strong>de</strong>r a producir vibración torsional.CTxCMViga <strong>de</strong>ligaa)Distribución apropiada <strong>de</strong> elementosrigidizantes para hacer coincidir centro<strong>de</strong> masa y centro <strong>de</strong> torsión.b)Separación <strong>de</strong> cuerpossimétricos mediantejuntas sísmicas.c)Vigas <strong>de</strong> ligaentre saliente.


Vibración en direcciones diferentes<strong>de</strong> alas <strong>de</strong> edificios.Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Distribuciones en planta (alas alargadas)AAaaaAEvitar A a > 1.0Zona <strong>de</strong>concentraciónPlantas con alas muy largas.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Distribuciones en planta (alas alargadas)Zona <strong>de</strong>concentraciónVibración en direcciones diferentes<strong>de</strong> alas <strong>de</strong> edificios.Refuerzo enRefuerzo enesquinasesquinasa)a)Separación con juntas sísmica.Separación con juntas sísmica.b)b)Rigidización <strong>de</strong> los extremos <strong>de</strong> las alasRigidización <strong>de</strong> los extremos <strong>de</strong> las alasy refuerzos en las esquinas entrantes.y refuerzos en las esquinas entrantes.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Distribuciones en planta (plantas alargadas)a) Movimiento diferente <strong>de</strong>lsuelo en distintos apoyos..b) DeformaFlexibilidad <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> piso:Incremento <strong>de</strong> las solicitacionesen la parte central <strong>de</strong>l edificioEdificios con plantas muy ab) Deformación <strong>de</strong> la planta <strong>de</strong>l edificio


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Reducciones bruscas <strong>de</strong> la planta en pisos superiores> 1 52 > 0.2Evitar:Si h/H > 1 5a1+a2A > 0.5AHSi h/H > 1 5a1+a2A > 0.2a 2a 1 a 2AhhSi h/H > 1 5a1+a2A > 0.5hhHHZona <strong>de</strong> amplificación<strong>de</strong> la vibración.Zona <strong>de</strong> amplificación<strong>de</strong> la vibración.Zona <strong>de</strong>concentración <strong>de</strong>esfuerzos.Zona <strong>de</strong>concentración <strong>de</strong>esfuerzos.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Reducciones bruscas <strong>de</strong> la planta en pisossuperiores (soluciones)a) Forma prismática. b) Reducción gradual. c) Rigidización <strong>de</strong>zona superiorPosibles remedios a la reducción en elevación.


Aspectos que afectan el comportamiento‣Esbeltez <strong>de</strong>l edificiossísmico <strong>de</strong> edificiosProblemas <strong>de</strong> volteoInestabilidad (efectos P-Δ)Cargas elevadas a lacimentación y al subsueloEscasa redundanciaEfecto <strong>de</strong> modos superioresSihd2.5RecomendableEstructuranoexce<strong>de</strong>rirregularhd4( NTCS04)


Aspectos que afectan el comportamiento‣Estructuras colindantessísmico <strong>de</strong> edificioss >(simplificado)=0.012 terreno blando=0.007 terreno firmes > H + H 11s > H + H 22s 1s 2HLIn<strong>de</strong>ro conpredio vecinoH 1H2sa) Separación <strong>de</strong> colindancia. b) Separación <strong>de</strong> cuerpos <strong>de</strong>l mismo conjunto.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Ejes resistentes unidireccionalescon muros alineados en una sola dirección.


‣Discontinuida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> rigi<strong>de</strong>z en elevacióna) Interrupción <strong>de</strong>elementos muy rígidos.b) Reducción brusca<strong>de</strong> tamaño <strong>de</strong> columnas.c) Diferencia drástica<strong>de</strong> altura <strong>de</strong> columnas.d) Planta baja débil.e) Cambio <strong>de</strong> posición<strong>de</strong> elementos rígidos.


Aspectos que afectan el comportamientosísmico <strong>de</strong> edificios‣Distribución <strong>de</strong> elementos rigidizantesa) Localización concentrada<strong>de</strong> elementos rigidizante.b) Distribución más uniforme<strong>de</strong> elemetos rigidizantes.Distribución concentrada y uniforme <strong>de</strong> elementos rigidizantes.


Principios básicos (resumen):1. El edificio <strong>de</strong>be ser ligero.Estructuración2. El sistema estructural <strong>de</strong>be ser simple.3. Deben evitarse plantas excesivamente alargadas o con áreasmuy gran<strong>de</strong>s.4. Los elementos no estructurales <strong>de</strong>ben o aislarse <strong>de</strong> laestructura para que no interactúen con ella, o integrarse alsistema estructural y diseñarse en conformidad con esto.5. La estructura <strong>de</strong>be <strong>de</strong>tallarse a<strong>de</strong>cuadamente para que las<strong>de</strong>formaciones plásticas se <strong>de</strong>sarrollen (y controlen) enregiones <strong>de</strong>seadas acor<strong>de</strong> a una jerarquía preestablecida6. La estructura <strong>de</strong>ber ser redundante


LECCIONES DERIVADAS DE SISMOSRECIENTES


SISMOS IMPORTANTES EN LOS ÚLTIMOS AÑOSFuente: Tena (2004)A nivel mundial 1985 Valparaíso, Chile 1985 Michoacán, México 1989 Loma Prieta, California 1989 Spitak, Armenia 1994 Northridge, California 1995 Kobe, Japón 1995 Manzanillo, México 1999 Armenia, Colombia 1999 Koaceli, Turquía 1999 Chi-Chi, Taiwan 2003 Bam, Irán 2004 Great Sumatra, Indonesia (y otros países <strong>de</strong>l Océano Índico) 2007 Pisco, Perú 2008 Wenchuan, China


SISMOS IMPORTANTES EN LOS ÚLTIMOS AÑOSEn México y para la ingeniería <strong>mexicana</strong> 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (Michoacán, M=8.1) 25 <strong>de</strong> abril <strong>de</strong> 1989 (Guerrero, M=6.9) 9 <strong>de</strong> octubre <strong>de</strong> 1995 (Manzanillo, Colima, M=8.0) 15 <strong>de</strong> junio <strong>de</strong> 1999 (Tehuacán, Puebla M=7.0) 21 <strong>de</strong> enero <strong>de</strong> 2003 (Tecomán, Colima, M=7.6)


Sismo <strong>de</strong> Valparaíso, Chile (1985)‣ Se observaron los primeroscomportamientos in<strong>de</strong>seables<strong>de</strong> edificios <strong>de</strong> concretoreforzado mo<strong>de</strong>rnos porefectos <strong>de</strong> torsión, así comopor una distribución irregular<strong>de</strong> masas, rigi<strong>de</strong>z y resistencia(Tena 2004).


Sismo <strong>de</strong> Loma Prieta, California (1989)‣ Primeros colapsos <strong>de</strong> puentesviales y segundos pisos(Viaducto Cypress), condiseños anteriores areglamentos mo<strong>de</strong>rnos(diseños <strong>de</strong> los años 50), lo quemarcó la necesidad <strong>de</strong> revisarlos métodos <strong>de</strong> diseño <strong>de</strong> estetipo <strong>de</strong> infraestructura.


Sismo <strong>de</strong> Loma Prieta, California (1989)Empujes normales al plano <strong>de</strong> los muros que se generancuando la losa no constituye un diafragma rígido.‣ Mostró la vulnerabilidad <strong>de</strong> estructuras <strong>de</strong> mampostería consistemas <strong>de</strong> piso flexible <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra (Tena 2004)


Sismo <strong>de</strong> Spitak, Armenia (1989)‣ Colapso masivo observado enestructuras prefabricadas <strong>de</strong>concreto <strong>de</strong>bido a loina<strong>de</strong>cuado que eran susconexiones para asegurar uncomportamiento satisfactorioante sismos (Tena 2004)


Sismo <strong>de</strong> Northridge, California (1994)1. La importancia que tienenlos acelerogramas <strong>de</strong> tipoimpulsivo (o epicentrales) y suefecto <strong>de</strong>vastador enestructuras cercanas alepicentro y la falla, a pesar <strong>de</strong>que la magnitud (o tamaño)<strong>de</strong>l sismo sea mo<strong>de</strong>rada (Tena2004)


Sismo <strong>de</strong> Northridge, California (1994)2. La eficacia <strong>de</strong> nuevastecnologías <strong>de</strong>sarrolladas para elcontrol <strong>de</strong> la respuesta sísmica<strong>de</strong> estructuras, como es elaislamiento sísmico paraestructuras <strong>de</strong>splantadas enterreno firme. Los registrosinstrumentales <strong>de</strong> estructurasque disponen con estastecnologías, más su <strong>de</strong>sempeñosísmico, apoyan lo anterior (Tena2004).


Sismo <strong>de</strong> Northridge, California (1994)3. Demostrar lo vulnerablesque son las vialida<strong>de</strong>ssolucionadas utilizandoestructuraciones tipopéndulo invertido, condiseños relativamentemo<strong>de</strong>rnos (20 a 30 años,Tena 2004).


Sismo <strong>de</strong> Northridge, California (1994)4. Fue el primer sismo en<strong>de</strong>mostrar que algunasprácticas <strong>de</strong> soldadurautilizadas en las conexiones <strong>de</strong>estructuras metálicas no eransatisfactorias, al presentarseun gran número <strong>de</strong> fallasfrágiles en las conexiones,sobre todo en las soldaduras,en edificios resueltos conmarcos dúctiles <strong>de</strong> acero (Tena2004).Fracturas observadas en conexiones soldadas


Sismo <strong>de</strong> Northridge, California (1994)5. Nuevamente se observóque las estructuras consistemas <strong>de</strong> piso flexible,tanto <strong>de</strong> mampostería, como<strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra, son muyvulnerables ante sismos,reforzando lo que se observóen el sismo <strong>de</strong> Loma Prieta(Tena 2004).


Sismo <strong>de</strong> Kobe, Japón (1995)Se reforzó mucho <strong>de</strong> lo que seobservó por primera vez enNorthridge, con respecto a:1. La vulnerabilidad <strong>de</strong> vialida<strong>de</strong>sen segundos pisos conestructuraciones tipo pénduloinvertido.


Sismo <strong>de</strong> Kobe, Japón (1995)2. La vulnerabilidad <strong>de</strong>conexiones en estructurasmetálicas, incluyendo a lasconexiones soldadas.3. Observar que el aislamiento<strong>de</strong> base es una tecnología eficazpara controlar la respuestasísmica <strong>de</strong> estructuras <strong>de</strong>splantasen terreno firme, con base en elestudio <strong>de</strong> estructurasinstrumentadas (Tena 2004).


Sismo <strong>de</strong> Kobe, Japón (1995)Mostró a<strong>de</strong>más:4. Demostró nuevamente que lasestructuras muy esbeltas (tipolápiz) son muy vulnerables a laacción <strong>de</strong> sismos, aún lasdiseñadas con reglamentos másmo<strong>de</strong>rnos (Tena 2004).


Sismo <strong>de</strong> Kobe, Japón (1995)Casa <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra colapsada <strong>de</strong>bido al gran peso<strong>de</strong>l techo por causa <strong>de</strong> cerámicos5. Que los terrenos ganados almar o lagunas utilizandotecnologías <strong>de</strong> los últimos 30años pue<strong>de</strong>n ser licuables (Tena2004).


Sismo <strong>de</strong> Izmit (Kocaeli), Turquía (1999)‣ Vulnerabilidad <strong>de</strong> estructuras diseñadas sin consi<strong>de</strong>rar la reglamentación sísmica, apesar <strong>de</strong> contar con un Código <strong>de</strong> diseño mo<strong>de</strong>rno al momento <strong>de</strong>l sismo (Tena 2004).¡Barras lisas!Falla en conexiones viga-columna durante el sismo <strong>de</strong> Turquía en 1999(Sharma et al. 2011)


Sismo <strong>de</strong> Izmit (Kocaeli), Turquía (1999)‣ Primer piso suave(http://nisee.berkeley.edu/turkey/report.html)


Sismo <strong>de</strong> Izmit (Kocaeli), Turquía (1999)Falla <strong>de</strong> cimentaciones(http://nisee.berkeley.edu/turkey/report.html)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)Resumen <strong>de</strong> daños acor<strong>de</strong> al año <strong>de</strong> construcción y al número <strong>de</strong> Niveles <strong>de</strong> lasestructuras (Instituto <strong>de</strong> Ingeniería UNAM, 1986)ESTRUCTURACIÓN TIPO DE DAÑO AÑO DE CONSTRUCCIÓN No. DE PISOS TOTALMarcos <strong>de</strong> concretoMarcos <strong>de</strong> aceroLosa planaMamposteríaOtrosTotalDerrumbeGraveDerrumbeGraveDerrumbeGraveDerrumbeGraveDerrumbeGraveDerrumbe yGrave76 5 6-10 11-15>1527 51 4 27 46 8 1 8216 23 6 10 22 6 1 457 2 0 4 3 1 1 91 3 0 0 0 2 2 48 62 21 36 49 5 1 914 22 18 5 26 12 1 446 5 2 11 2 0 0 139 13 1 22 1 0 0 234 5 2 12 2 0 0 140 4 2 2 4 0 0 682 193 56 129 161 34 7 331


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Colapso <strong>de</strong> una estructuraen la ciudad <strong>de</strong> México<strong>de</strong>bido a la falla por volteo<strong>de</strong> la cimentación,magnificada por los efectos<strong>de</strong> la interacción sueloestructuraen suelosblandos (“Fundación ICA”,1988)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Colapso <strong>de</strong> edificios en esquina en la ciudad <strong>de</strong> México (Piso débil y torsión)


Daño por torsión en edificios‣ Falla por torsión <strong>de</strong>l edificio <strong>de</strong> la Secretaría <strong>de</strong> Comercio (Fundación ICA, 1988)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Colapso <strong>de</strong> una <strong>de</strong> las torres <strong>de</strong>l conjunto Pino Suárez <strong>de</strong>bido a su esbeltez


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Colapso <strong>de</strong>l edificio Nuevo León por esbeltez, planta alargada y columnas cortas


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Concentraciones <strong>de</strong> masas excesivas no consi<strong>de</strong>radas en su diseño (Fundación ICA,1988)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Estructuras colindantes (choque estructural)


Sismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)‣ Colapso típico <strong>de</strong> edificios construidos con losas planas aligeradas en la zona <strong>de</strong>lago <strong>de</strong> la ciudad <strong>de</strong> México (“Fundación ICA”, 1988)


‣ Apéndices (“Fundación ICA”, 1988)CONCENTRACIONDE MASASSismo <strong>de</strong>l 19 <strong>de</strong> septiembre <strong>de</strong> 1985 (sismo <strong>de</strong> Michoacán)


Otras experiencias en México‣ Licuación <strong>de</strong> arenas durante el sismo <strong>de</strong> Manzanillo (Tena 2004)


Otras experiencias en México‣ Daño estructural grave <strong>de</strong> estructurasmo<strong>de</strong>rnas construidas con base enmampostería no reforzada en la ciudad<strong>de</strong> Manzanillo (Tena 2004)


Otras experiencias en México‣ Colapso <strong>de</strong>l los edificios “Los Sapos” en el centro <strong>de</strong> la ciudad <strong>de</strong> Puebla, Puebla, durante elsismo <strong>de</strong>l 15 <strong>de</strong> junio <strong>de</strong> 1999 (Tena 2004)


Otras experiencias en México‣ Fallas recurrentes en sismos anteriores que volvieron a observarse en el sismo <strong>de</strong>Tecomán <strong>de</strong> 2003


Sismo <strong>de</strong> Villa flores, 1995Imágenes cortesía Dr. Gullermo Alonso Solís


Sismo <strong>de</strong> Villa flores, 1995Imágenes cortesía Dr. Gullermo Alonso Solís


Sismo <strong>de</strong> Villaflores 1995Imágenes cortesía Dr. Gullermo Alonso Solís


Sismo <strong>de</strong> Villaflores 1995Imágenes cortesía Dr. Gullermo Alonso Solís


GRACIAS POR SU ATENCIÓNDr. <strong>Eber</strong> Alberto Godínez Domínguezeber.godinez@unach.mx

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