05 sismo resistencia

Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
V.10
Curso va
en la 1

“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

CRITERIOS DE DISEÑO
Variables determinísticas
– Incertidumbre pequeña
– Fallas evitables
Variables aleatorias
– Grandes incertidumbres
– Posibilidades de falla
V.3

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.
V.4

IV
Generalidades
V.5

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.
Deformación
Área bajo la
curva es la
tenacidad
Área bajo el
tramo elástico es
una medida de la
resistencia
Ductilidad
V.6
Tensión
fy
εy εu

(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
fy
εy εu
Deformación
Material
II
Material
I
V.7

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.
(Continuación...)
V.8

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.
(Continuación...)
V.9

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.
Real
Ideal
F
δ
La estructura real no
tiene un punto de
fluencia definido.
(Continuación...)
V.10

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.
(Continuación...)
V.11
Cuando hay deformaciones cíclicas el problema se complica

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
(Continuación...)
F
δ
Elástica
Elasto-plásticam sum &&
V.12

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
(Continuación...)
V.13

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
(Continuación...)
V.14

IV
Generalidades
V.15

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.
La energía y la sismo-resistencia
V.16

(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:
suelodelentodesplazami:u
pisoésimo-nalasociadamasa:
demandadaenergía:
:donde
S
1
i
L
s
n
i
TiiL
m
E
duumE ∫ ∑ 





=
=
&& Energía demandada
V.17

(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.
Por su parte, la energía disipada consta también de dos partes, la
energía de amortiguamiento, EA, y la energía histerética, EH.
2
2
T
K
um
E
&
=
∫= kuduEδ
∫= duucEA &
∫= dufE rH V.18

(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

IV
Generalidades
V.20

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

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

Plomo
Cubierta de caucho
Pletinas de acero
Pletinas de refuerzo
(acero)
Capas internas
de caucho
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.
Aislamiento basal
V.23

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

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
V.25

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.
CONTROLADOR SISTEMA
CONSIGNA CONTROL SALIDA
PERTURBACIÓN
V.26

IV
Generalidades
V.27

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

Amotiguadores mecánicos
Amortiguador
viscoso
Amortiguador visco-
elástico
Sello
retenedor
Sello Silicona fluida
compresible
Recinto
acumulador
Barra del
pistón
Cabeza del pistón
con orificios
Material visco-
elástico
V.29

Amotiguadores mecánicos
Amortiguador
histerético
Amortiguador de
fricción
Pletinas de acero
Tornillos y
tuercas
V.30

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
V.31

IV
Generalidades
V.32

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: R
F
F e
y =
),T(SmasaF ae ξ×=
V.33

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5
Período T, (s)
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Aceleración
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Desplazamiento
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o Ra
elástico
v d
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5
Período T, (s)
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Aceleración
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Desplazamiento
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o Ra
elástico
v d
Sistemas con
rigidez
degradante
Newmark y
Riddell
¿De dónde salió R?
V.34

Coeficientes de reducción de resistenciaCoeficientes de reducción de resistencia
0
1
2
3
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Período T (s)
Ra
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
elástico
0
1
2
3
4
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Período T (s)
Ra
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
elástico
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5
Período T, (s)
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Aceleración
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Desplazamiento
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o Ra
elástico
v d
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5
Período T, (s)
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Aceleración
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
Desplazamiento
Sensitivo a
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2
µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o Ra
elástico
v d
V.35
¿De dónde salió 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.
Validez de R
V.36

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
T
R
T
R
Sa
T
R
T
R
1
Ate
V.37

Espectro para diseño por fuerza
NSR-98
V.38

Paso 1: Predimensionamiento y
coordinación con otros
profesionales
Paso 2: Evaluación de las solicitaciones
definitivas
La Ley 400 de 1997 trae una guía con los
pasos necesarios para realizar un diseño
sismo resistente.
Estos pasos se enumeran a
continuación:
V.39

Paso 3
Localización en los mapas de amenaza sísmica
BAJA
INTERMEDIA
BAJA
ALTA
INTERMEDIA
ALTA
ALTA INT
E
R
M
E
D
A
I
6
5
6
12
3
479
1
3
9
7
6
6
5
5
5
7
8
2
4
3
4
7
8
Zona de Amenaza Sísmica Valor de Aa
V.40

Paso 4 - Obtención movimientos sísmicos de diseño
ROCA
SUPERFICIE
S
COEFICIENTE
DE SITIO
ICOEFICIENTE
DE IMPORTANCIA
PERFIL
DE
SUELO
GRUPOS DE USO
I II III IV
De acuerdo con la importancia para la
recuperación con posterioridad al sismo
A
COEFICIENTE
DE ACELERACION a
DE LOS MAPAS
DE ZONIFICACION
SISMICA (Paso 1)
EXPRESADOS COMO:
MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO
(a) un espectro de diseño
TPeríodo de vibración en segundos
S a
(b) una familia de acelerogramas
A t
t (s)
(c) resultados de un estudio de
microzonificación
V.41

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
V.42

SISTEM AS ESTRUCTURALES DE RESISTENCIA SISM ICA
SISTEMA CARG AS
VERTICALES
FUERZAS
HO RIZO NTALES
MURO S DE
CA RG A
CO MBINADO
PO RTICO
DUAL
Paso 5: Características de la estructuración y el material
estructural (Continuación)...
V.43

MAMPOSTERIA
ESTRUCTURAL
HORMIGÓN
REFORZADO
MADERA
METALES
V.45
BAHAREQUE
ENCEMENTADO

CAPACIDAD DE
DISIPACION DE ENERGIA
Mínima (DMI)
Moderada (DMO)
Especial (DES)
V.46

Capacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervalo
inelásticoinelásticoinelásticoinelástico
Capacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervaloCapacidad de disipación de energía en el intervalo
inelásticoinelásticoinelásticoinelástico
Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza
CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA
CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA
CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA
DESDESDESDES
DMODMODMODMO
DMIDMIDMIDMI
Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza
CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA
CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA
CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA
DESDESDESDES
DMODMODMODMO
DMIDMIDMIDMI
V.47

Uso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructuralesUso de los materiales estructurales
C A P A C ID A D D E Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC A
D IS IP A C IO N E N ER G IA B A JA IN TE R M E D IA A LT A
M IN IM A - D M I n o no
M O D E R A D A - D M O no
E S P EC IA L - D E S
C A P A C ID A D D E Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC A
D IS IP A C IO N E N ER G IA B A JA IN TE R M E D IA A LT A
M IN IM A - D M I n o no
M O D E R A D A - D M O no
E S P EC IA L - D E S
V.48

IRREGULARIDAD EN ALZADO
Torsional Salientes
excesivos
Diafragma
discontinuo
Desplazamiento
plano del pórtico
Ejes no
paralelos
Piso Variación en
la masa
Retrocesos
excesivos
Desplazamiento
elementos
Piso
debilflexible
PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE
MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO ELÁSTICO
M´ÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO INELÁSTICO
DEFINICION DEL
φφφφp
φφφφa
GRADO DE
IRREGULARIDAD
IRREGULARIDAD EN PLANTA
EN PLANTA
GRADO DE
IRREGULARIDAD
EN ALZADO
Paso 6: Grado de irregularidad y definición del procedimiento
de análisis
V.49

DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS
CORTANTE SISMICO EN LA BASE
TPERIODO DE
VIBRACION
MASA
CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA
RIGIDEZ
SACELERACION
ESPECTRAL
T
Sa
a
MMASA DE LA
EDIFICACION
PESO ACABADOS
PESO PROPIO ESTRUCTURA
PESO EQUIPOS PERMANENTES
MASA EDIFICACION
SISMICAS EN LA ALTURA
V = S g Mas
Vs
Fi
DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS
CORTANTE SISMICO EN LA BASE
TPERIODO DE
VIBRACION
MASA
CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA
RIGIDEZ
SACELERACION
ESPECTRAL
T
Sa
a
MMASA DE LA
EDIFICACION
PESO ACABADOS
PESO PROPIO ESTRUCTURA
PESO EQUIPOS PERMANENTES
MASA EDIFICACION
SISMICAS EN LA ALTURA
V = S g Mas
Vs
Fi
Paso 7 - Obtención de las fuerzas sísmicas de diseño
V.50

DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA
FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA
ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA
LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO
EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE
ANALISIS DEL PASO 3
Fix
Fiy
torsión accidental
fuerzas axiales
momentos flectores
fuerzas cortantes
torsión
δδδδyi
δδδδxi
piso i
DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA
FUERZAS INTERNAS DE LA ESTRUCTURA
ANALISIS DE LA ESTRUCTURA PARA
LAS FUERZAS SISMICAS DE DISEÑO
EMPLEANDO EL PROCEDIMIENTO DE
ANALISIS DEL PASO 3
Fix
Fiy
torsión accidental
fuerzas axiales
momentos flectores
fuerzas cortantes
torsión
δδδδyi
δδδδxi
piso i
Paso 8: Análisis Paso 9: Desplazamientos
V.51

∆∆∆∆i ≤≤≤≤ hpi0.01
pi1%de la altura delpiso (h )
Máxima deriva admisible
Definición de la deriva
Si la deriva es mayor que la máxima deriva
admisible debe rigidizarse la estructura
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
5
4
3
2
1
h
h
h
h
h
p5
p4
p3
p2
p1
F
F
F
F
F
5
4
3
2
1
La deriva debe incluir
los efectos torsionales
de toda la estructura
y el efecto P-Delta
∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1
δδδδ5
para mampostería estructural
este límite es0.5%de h pi
∆∆∆∆i ≤≤≤≤ hpi0.01
pi1%de la altura delpiso (h )
Máxima deriva admisible
Definición de la deriva
Si la deriva es mayor que la máxima deriva
admisible debe rigidizarse la estructura
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
∆∆∆∆
5
4
3
2
1
h
h
h
h
h
p5
p4
p3
p2
p1
F
F
F
F
F
5
4
3
2
1
La deriva debe incluir
los efectos torsionales
y el efecto P-Delta
∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1
δδδδ5
para mampostería estructural
este límite es0.5%de h pi
Paso 10: Verificación de las derivas
V.52

Límites de la Deriva
Estructuras de hormigón o de acero
1.0 % hpiso
Estructuras de Mampostería
0.5 % hpiso
Paso 10: Verificación de las derivas (Continuación...)
V.53

R =
COMBINADO
MUROS DE CARGA
PORTICO
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA
DUAL
COEFICIENTE
DE CAPACIDAD
DE DISIPACION
DE ENERGIA
EN ALZADO
EN PLANTA
GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA
MODERADA (DMO)
MINIMA (DMI)
ESPECIAL (DES)
GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACION
R0
DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL
φφφφp
φφφφp
φφφφa
×××× R0×××× φφφφa
φφφφp×××× φφφφa
R =
COMBINADO
MUROS DE CARGA
PORTICO
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA
DUAL
COEFICIENTE
DE CAPACIDAD
DE DISIPACION
DE ENERGIA
EN ALZADO
EN PLANTA
GRADO DE IRREGULARIDAD DE LA ESTRUCTURA
MODERADA (DMO)
MINIMA (DMI)
ESPECIAL (DES)
GRADO DE CAPACIDAD DE DISIPACION
R0
DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL
φφφφp
φφφφp
φφφφa
×××× R0×××× φφφφa
φφφφp×××× φφφφa
Paso 11: Obtención de R (Continuación)
V.54

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
Paso 11: Obtención de R (Continuación...)
V.55

÷÷÷÷ R
FUERZAS SISMICAS INTERNAS
OBTENIDAS DEL ANALISIS
FUERZAS INTERNAS
INELASTICAS DE DISEÑO
FUERZAS INTERNAS
DEBIDAS A CARGAS
MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS
====×××× ( )Coeficiente
de carga
====×××× ( )Coeficientes
de carga
fuerzas mayoradas
+
debidas al sismo
fuerzas mayoradas
debidas a:
carga muerta
carga viva
otras solicitaciones
=
fuerzas mayoradas
de diseño
COMBINADAS
SEGUN EL
TITULO B
DEL
REGLAMENTO
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
UTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIAL
ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD
DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGO
INELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI
÷÷÷÷ R
FUERZAS SISMICAS INTERNAS
OBTENIDAS DEL ANALISIS
FUERZAS INTERNAS
INELASTICAS DE DISEÑO
FUERZAS INTERNAS
DEBIDAS A CARGAS
MUERTAS, VIVAS, Y OTRAS
====×××× ( )Coeficiente
de carga
====×××× ( )Coeficientes
de carga
fuerzas mayoradas
+
debidas al sismo
fuerzas mayoradas
debidas a:
carga muerta
carga viva
otras solicitaciones
=
fuerzas mayoradas
de diseño
COMBINADAS
SEGUN EL
TITULO B
DEL
REGLAMENTO
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
UTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIAL
ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD
DE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGO
INELASTICO APROPIADO: DES, DMO, o DMI
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE
ACUERDO CON LOS REQUISITOS DEL MATERIAL
ESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDAD DE
DISIPACIÓN DE ENERGÍA EN EL INTERVALO
INELÁSTICO APROPIADO: DES, DMO Ó DMI
Paso 12 - Obtención fuerzas de diseño
V.56

Diseño cimentación
F5
F4
F3
F2
F1
F5
F4
F3
F2
F1
estructura
cimentación
suelo
V.57

IV
Generalidades
V.58

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.
Desplazamiento
Fuerza
F y
u y uin≅≅≅≅ue
elástico
inelástico
F e
yein uRuu ×=≅
V.59

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

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

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

Período característico de temblor, Tg
El período característico del temblor se define como el
menor período al cual el espectro de energía, para
ξξξξ = 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

Período característico
0.001
0.010
0.100
1.000
0.01 0.1 1 10
Período, T (s)
Energía
√√√√2E/m
(m/s)
El Centro
Miyagi
Santa Barbara
Pacoima Dam
V.64

Período característico
0.001
0.010
0.100
1.000
0.01 0.1 1 10
Período T, (s)
Energía
(m/s)
Castaic
Corralitos NS México EW
Viña del Mar
V.65
√√√√2E/m

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

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.
V.67

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:
es válida si:
RD ≤≤≤≤ 1 0.
RR RT++++ ≥≥≥≥ 1 0.
V.68

Diseño por desplazamientos
es válida si:
donde:
(Relación de desplazamientos)
(Relación de resistencias)
(Relación de períodos)
RR RT++++ ≥≥≥≥ 1 0.
RD ≤≤≤≤ 1 0.
e
in
u
u
RD =
e
y
F
F
RR =
C
ef
T
T
RT =
V.69

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:
m
k
T
ef
ef
5.0
22 π
ω
π
==
V.70
ω
ππ 2
5.0
12
5.0
1
==
m
k
Tef
2
2
1
1
5.0
1
TTTTef ===

Entonces, si la siguiente relación se cumple, los
desplazamientos inelásticos son iguales, o menores, que los
elásticos.
T = período original de la estructura
TC = período característico del sismo
Vy = corte basal resistente de la estructura
Ve = corte basal solicitado elásticamente
1.0
V
V
T
2T
e
y
C
≥+
⋅
V.71

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.
Procedimiento
V.72

4. Calcular dinámicamente el período fundamental, T, de la
edificación, empleando inercias no fisuradas, y luego
convertirlo en período efectivo Tef, por medio de
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:
2TTef =
Procedimiento
V.73
cub
cub
m
h
∆
=∆

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:
2
ω
SUGDL
SUGDL
A
=∆
Procedimiento
V.74
A su vez,
gAFA aaSUGDL ⋅⋅=

Procedimiento
V.75
Por lo tanto:
222
42 ππω
TgAF
T
gAFgAF aaaaaa
SUGDL
⋅⋅⋅
=






⋅⋅
=
⋅⋅
=∆
La respuesta de la estructura será proporcional a la del
SUGDL, así que:
SUGDLCub ∆=∆ γ

Procedimiento
V.76
Pero la respuesta buscada es la de la rigidez degradada:
Y la deriva promedio
será:
22
4
2
4 π
γ
π
γ
⋅⋅⋅⋅
=
⋅⋅⋅
=∆
TgAFTgAF aaefaa
Cub
2
22 π
γ
TgAF aa
Cub
⋅⋅⋅
=∆
Cub
aa
m
h
TgAF 1
22 2
⋅
⋅⋅⋅
=∆
π
γ
En general, la deriva máxima puede estimarse como:
mmáx ∆=∆ 5.1

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.
Procedimiento
V.77

8. Calcular el corte basal resistente de la estructura utilizando
análisis límite y verificando que cumple la expresión:
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.
6
1
α
α ≥





−⋅=
C
ef
y
T
T
C
Procedimiento
V.78

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.
Procedimiento
V.79

V
Generalidades
V.80

Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997
Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998
Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000
Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002
V.81

Reseña histórica
V.82
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.

V.83
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.

V.84
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).

V.85
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.86
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.87
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 2809 del 29 de diciembre de 2000.

V.88
Reseña histórica
NSR-98 VS CCCSR-84 –
Modificaciones al reglamento:
• Decretos reglamentarios.
Cinco nuevos títulos:
• G: Estructuras de madera.
• H: Estudios geotécnicos.
• I: Supervisión técnica.
• J: Protección contra el fuego.
• K: Aspectos complementarios.
Reducción del límite de la deriva: 1%
Sistema internacional de unidades.

¿ Por qué actualizar ?
V.89
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.

¿ 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
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.
V.90

ESQUEMA JURÍDICO
V.91
META LEY
(Obligatorio)

ESQUEMA JURÍDICO
V.92
META LEY
(Obligatorio)
Reglamentación
(Obligatorio)
Criterios de
desempeño
Requisitos
de
desempeño
META

ESQUEMA JURÍDICO
META LEY
(Obligatorio)
Reglamentación
(Obligatorio)
Criterios de
desempeño
Requisitos
de
desempeño
META
Verificación
Métodos
Procedimientos
Soluciones
satisfactorias
Criterios de
desempeño
Requisitos
de
desempeño
META
Guías y
Manuales
(Opcional)

ESQUEMA JURÍDICO
Verificación
Métodos
Procedimientos
Soluciones
satisfactorias
Criterios de
desempeño
Requisitos
de
desempeño
META
DISEÑOVERIF.
Normas
(Opcional)
Reglamentación
(Obligatorio)
LEY
(Obligatorio)

BASE CONCEPTUAL
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
TENSIONES ADMISIBLES
Evolución de los métodos de diseño

BASE CONCEPTUAL
Básico
SEGURIDAD ESTADOS LÍMITE
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
SEGURIDAD

BASE CONCEPTUAL
RESTAURABILIDAD
DISEÑO PLÁSTICO
Básico
SEGURIDAD ESTADOS LÍMITE
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
SEGURIDAD

BASE CONCEPTUAL
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
Básico
SEGURIDAD
RESTAURABILIDAD
FUNCIONALIDAD, DURABILIDAD
Y SOSTENIBILIDAD
ESTADOS LÍMITE
DISEÑO PLÁSTICO
DESEMPEÑO

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

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

¿Simplificación?
Concepción
Especificaciones basadas en complejidad estructural.
Mayoría de edificaciones no complejas.
CÓDIGOS
Procedimientos de diseño
Construcción cronológica
Organización confusa
Metodología pobremente definidas
Edificios
altos
Edificios
bajos
Puentes de
gran luz
Viento Sismo
101.00.10.010.001
FRECUENCIA, Hz

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
V.102

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

CONTENIDO DE LA NSR-98
TITULO TEMA OBSERVACIONES
A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y
CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE
Actualizado
B CARGAS Actualizado
C CONCRETO ESTRUCTURAL Actualizado
D MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL Actualizado
E CASAS DE UNO Y DOS PISOS Actualizado
F ESTRUCTURAS METALICAS Actualizado
G ESTRUCTURAS DE MADERA Nuevo
H ESTUDIOS GEOTECNICOS Nuevo
I SUPERVISION TECNICA Nuevo
J REQUISITOS PARA FUEGO Nuevo
K OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS Nuevo
V.104

CONTENIDO DE LA NSR-09
TITULO TEMA OBSERVACIONES
A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y
CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE
Actualizado
B CARGAS Actualizado
C CONCRETO ESTRUCTURAL Actualizado
D MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL Actualizado
E CASAS DE UNO Y DOS PISOS Actualizado
F ESTRUCTURAS METALICAS Actualizado
G ESTRUCTURAS DE MADERA
H ESTUDIOS GEOTECNICOS
I SUPERVISION TECNICA
J REQUISITOS PARA FUEGO
K OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS
V.105
Actualizado
Actualizado
Actualizado
Actualizado
Actualizado

REQUISISTOS
SISMICOS
V.106

Sistema de Unidades
V.107

TITULO A
REQUISITOS GENERALES DE
DISEÑO Y CONSTRUCCION
SISMO RESISTENTE
V.108

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

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

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

¿ QUÉ HAY EN EL TÍTULO A ?
V.112

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

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

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

ALCANCE DEL REGLAMENTO
El Reglamento contiene los
requisitos mínimos
para el diseño y construcción de
edificaciones nuevas
V.116

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

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

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

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

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

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

CAPITULO A.2
ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y
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

¡VALOR MÍNIMO DEL ESPECTRO!
¡ CUIDADO CON LOS PROGRAMAS DE
COMPUTADOR !
V.124

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

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

Cálculo del Período
( )
( )∑
∑
=
=
= n
i
ii
n
i
ii
fg
w
T
1
1
2
2
δ
δ
π
V.127

Ct = 0.08 para pórticos de concreto
Ct = 0.09 para pórticos de acero estructural.
Ct = 0.05 para los otros tipos
43
nta hCT =
V.128

Muros de Concreto o de Mampostería
C
A
t
c
====
0 075.
A A
D
h
c e
e
n
==== ++++




























∑∑∑∑ 0 2
2
.
V.129

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
V.130

CAPITULO A.6
REQUISITOS DE LA DERIVA
Límites de deriva dependientes del material
estructural
La deriva debe incluir los efectos de torsión
La deriva debe incluir los efectos P-Delta
Requisitos para separación entre
estructuras adyacentes
V.131

Cálculo de la Deriva
δδδδ δδδδ δδδδ δδδδtot j cm j t j pd j, , , ,==== ++++ ++++
∆∆∆∆max , ,
i
tot j
i
tot j
i
j
==== −−−−

 


−−−−
====
∑∑∑∑ δδδδ δδδδ
1
2
1
2
V.132

Cálculo de la Deriva
Pisoi
Pisoi-1
∆∆∆∆
max
i
i −−−−
δδδδ
1
tot,x
i
δδδδtot,x
i −−−−
δδδδ
1
tot,y
i
δδδδtot,y
i −−−−
δδδδ
1
tot,y
i −−−−
δδδδ
1
tot,x
i i
tot,y−−−−
−−−−
δδδδ δδδδ
1
tot,y
i i
tot,x−−−−
−−−−
δδδδ δδδδ
1
tot,x
V.133

Límites de la Deriva
Estructuras de hormigón o de acero
1.0% hpiso
Estructuras de Mampostería
0.50% hpiso
V.134

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

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
V.136

CAPITULO A.9
ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES
Requisitos sísmicos para elementos de:
• (a) acabados y elementos arquitectónicos y decorativos
• (b) instalaciones hidráulicas y sanitarias
• (c) instalaciones eléctricas
• (d) equipos mecánicos e instalaciones
especiales
Se define el grado de desempeño mínimo
Se define quién es el diseñador responsable
Se definen los criterios de diseño
V.137

Basados en la Norma AIS 150
Requisitos para adiciones,
modificaciones y remodelaciones
Análisis de vulnerabilidad sísmica
CAPITULO A.10
EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE LA VIGENCIA DE LA
PRESENTE VERSION DEL REGLAMENTO
V.138

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
V.139

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

CAPITULO A.13
DEFINICIONES Y NOMENCLATURA DEL
TITULO A
V.141

IRREGULARIDAD TORSIONAL
usar φp = 0.9
∆∆∆∆
∆∆∆∆ ∆∆∆∆
1
1 2
1 2
2
>>>>
++++




.
1
2
∆∆∆∆
∆∆∆∆
V.142

RETROCESOS EN LAS ESQUINAS
usar φp = 0.9
A B o C D>>>> >>>>0 15 0 15. .
AB C
D
V.143

IRREGULARIDAD DEL DIAFRAGMA
usar φp = 0.9
C D A B×××× >>>> ××××0 5. (((( ))))C D C E A B×××× ++++ ×××× >>>> ××××0 5.
A
B
CD A
B
C
D
E
V.144

DESPLAZAMIENTO DEL
PLANO DE ACCIÓN
usar φp = 0.8
Desplazamiento
plano de acción
Dirección bajo
estudio
V.145

SISTEMAS NO PARALELOS
usar φp = 0.9
PLANTA
Sistemas no paralelos
V.146

A
B
C
D
E
F
PISO FLEXIBLE
usar φa = 0.91
(((( ))))
K K
o
K
K K K
C D
C
D E F
<<<<
<<<<
++++ ++++
0 70
0 80
3
.
.
V.147

CAMBIO EN LA DISTRIBUCIÓN DE MASAS
usar φa = 0.9
A
B
C
D
E
F
w w
o
w w
D E
D C
>>>>
>>>>
1 50
1 50
.
.
V.148

IRREGULARIDAD GEOMÉTRICA
usar φa = 0.9
A
B
C
D
E
F
a
b
a b>>>>1 30.
V.149

DESPLAZAMIENTO DENTRO
DEL PLANO DE ACCIÓN
usar φa = 0.8
A
B
C
D
E
F
a
b
b a>>>>
V.150

PISO DÉBIL
usar φa = 0.8
A
B
C
D
E
F
R esist R esistB C<<<< 0 70.
V.151

TORSION DE TODA LA ESTRUCTURA
V.152

TORSION ACCIDENTAL
centro
masa
a
b
0.10 a
Fy
PLANTA V.153

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

ESPECTRO DE DISEÑO
Período (seg)
0
SA
S
I
T
a
a
====12
23
.
T
(g)Sa
T,
S A Ia a====25.
S A Ia a====0.5
LTC
S==== 2.4
23
TL
0.30 seg
Para análisis dinámico, solo
modos diferentes al fundamental
en cada dirección principal en planta
S A Ia a====
Este espectro está definido para
un coeficiente de amortiguamiento
igual al 5 por ciento del crítico
Nota:
S==== 0.48
23
TC
V.155

ESPECTRO DEL UMBRAL DE DAÑO
.0
Período (seg)
(g)
0
SA
S
I
T
ad
d
====
1.5
Sad
T,
S A Iad d====3
Td
S==== 0.50Td
0.25
S A Iad d====
Este espectro está definido para
un coeficiente de amortiguamiento
igual al 2 por ciento del crítico
Nota:
V.156

ConstrucciConstrucciConstrucciConstruccióóóón y Supervisin y Supervisin y Supervisin y Supervisióóóón Tn Tn Tn Téééécnicacnicacnicacnica
V.157

¿ 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

¿ 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

¿ 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

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

Continúa en el archivo
NO ESTRUCTURALES.PPT

05 sismo resistencia

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