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DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistenciaDisminución de la demanda
Aumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos
“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.”
CRITERIOS DE DISEÑO
�Variables determinísticas
– Incertidumbre pequeña
– Fallas evitables
�Variables aleatorias
– Grandes incertidumbres
– Posibilidades de falla
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.
DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos
Ductilidad y sismo-resistencia
DuctilidadEs la habilidad que un material posee para deformarse
plásticamente, es decir, la relación entre la deformación última y la deformación en el punto de cedenciaTenacidad
Es la cantidad de energía que un material absorbe antes de fallar.
Deformación
Área bajo la curva es la tenacidadÁrea bajo el
tramo elástico es una medida de la resistencia
Ductilidad
Tensión fy
εy εu
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
Absorción y disipación de energíaPara 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 εuDeformación
MaterialII
MaterialI
Diseño elástico vs. Respuesta inelásticaNo 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.
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
Factores de ductilidadEl 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.
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
Especificación de los factores de ductilidadSi 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.
RealIdeal
F
δ
La estructura real no tiene un punto de fluencia definido.
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
Existen muchas propuestas para la definición del punto de fluencia. Entre otros, pueden citarse:• deformación correspondiente a la formación de la primerarótula plástica• deformación al momento del colapso incipiente (estructuraperfectamente elástica)• punto de fluencia de una estructura elasto-plástica queabsorbe la misma energía que la real.
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
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
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
F
δ
Elástica
Elasto-plásticamsum &&
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
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
La ductilidad local requerida de los elementos puede exceder significativamente la ductilidad global.
Los puntos críticos se escogen garantizando que la fluencia en ellos no ocasione el colapso de la estructura
Ductilidad y sismo-resistencia(Continuación...)
� �
DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos
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
La energía y la sismo-resistencia(Continuación...)
Demanda
El método se basa en la premisa de que es posible predecir la demanda de energía durante un sismo, así como es posible establecer la provisión de energía de un elemento, o de un sistema estructural.
La energía de entrada de un sistema puede expresarse como:
suelo del entodesplazami: u
piso ésimo-n al asociada masa:
demandada energía :
:donde
S
1
i
L
s
n
i
TiiL
m
E
duumE ∫ ∑
=
=
&& Energía demandada
La energía y la sismo-resistencia(Continuación...)
Provisión
La provisión puede considerarse compuesta por la energía elástica almacenada, EE, más la energía disipada, ED.
EE está compuesta, a su vez, por EK, energía cinética, y Eδ, energía de deformación elástica.
Por su parte, la energía disipada consta también de dos partes, la energía de amortiguamiento, EA, y la energía histerética, EH.
2
2
TK
umE
&=
∫= kuduEδ
∫= duucEA
&
∫= dufErH
La energía y la sismo-resistencia(Continuación...)
Si no es posible balancear la demanda mediante EE y ED, es necesario aumentar la provisión.
Para ello, puede incrementarse la energía disipada mediante el aumento de EA, el aumento de EH, o el aumento simultáneo de ambos. Lo más común es aumentar EH mediante la entrada al intervalo plástico (comportamiento inelástico), pero esto representa usualmente un alto nivel de daños.
Existen dos alternativas:•disminuir la demanda, o
•aumentar el amortiguamiento
DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos ~
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
Disminución de la demanda de energía
El AMS consiste en un bloque rígido, con aproximadamente el 1 % de la masa total de la estructura, que se coloca en la parte superior de la edificación, conectado a través de resortes y amortiguadores y con dos grados de libertad en direcciones ortogonales, en el plano horizontal. Este tipo de acción pasiva funciona bien para viento.
Plomo
Cubierta de caucho
Pletinas de acero
Pletinas de refuerzo (acero)
Capas internas de caucho
Disminución de la demanda de energía
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
Disminución de la demanda de energíaAislamiento 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 basalSección de aislador
para edificios
Disminución de la demanda de energíaMecanismo 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
Disminución de la demanda de energíaControl 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 SISTEMACONSIGNA CONTROL SALIDA
PERTURBACIÓN
DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistencia Disminución de la demanda Aumento del amortiguamiento Diseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos
Aumento del amortiguamiento
La segunda alternativa es la de aumentar EA. Para lograrlo se aumenta el amortiguamiento interno de la estructura del intervalo normal (2 % a 5 %) a intervalos entre el 15 % y el 25 %. Esto reduce la magnitud de las aceleraciones espectrales e incrementa la energía disipada.
Se obtienen niveles similares de fuerzas en sistemas estructurales con grandes ductilidades y amortiguamiento del orden del 5 % que en diseños elásticos con amortiguamientos del 15 % al 25 %.
Aumento del amortiguamientoAmotiguadores mecánicos
Amortiguador
viscoso
Amortiguador visco-
elástico
Sello
retenedorSello Silicona fluida
compresible
Recinto
acumulador
Barra del
pistón
Cabeza del pistón
con orificios
Material visco-
elástico
Disminución de la demanda de energíaAmotiguadores mecánicos
Amortiguador
histerético
Amortiguador de
fricción
Pletinas de acero
Tornillos y
tuercas
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
Aumento del amortiguamiento
DISEÑO SISMO RESISTENTEGeneralidades
Ductilidad y sismo resistenciaLa energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientos
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
FF ey =
),T(SmasaF ae ξ×=
Diseño basado en fuerzas
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 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 = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o R a
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
P
µ = 10µ = 10µ = 10µ = 10
µ = 5µ = 5µ = 5µ = 5
µ = 3µ = 3µ = 3µ = 3
µ = 2µ = 2µ = 2µ = 2µ = 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 = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o R a
elástico
v d
Sistemas con
rigidez
degradante
Newmark y
Riddell
¿De dónde salió R?Diseño basado en fuerzas
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 = 2µ = 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 = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o R a
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 = 2µ = 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 = 2µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5µ = 1.5
µ = 1µ = 1µ = 1µ = 1
Velocidad
Sensitivo a
R , R , o R a
elástico
v d
Diseño basado en fuerzas¿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 RDiseño basado en fuerzas
Facultad de Minas
Espectro para diseño por fuerza
Hay dos opciones para la especificación del espectro de diseño, en conjunción con el coeficiente de reducción de resistencia, RSa
T
R
T
R
Sa
T
R
T
R
1
Ate
Diseño basado en fuerzas
Espectro para diseño por fuerzaDiseño basado en fuerzas
NSR-98
� Paso 1: Predimensionamiento y coordinación con otros profesionales
� Paso 2: Evaluación de las solicitaciones definitivas
Diseño basado en fuerzas
La Ley 400 de 1997 trae una guía con los
pasos necesarios para realizar un diseño
sismo resistente.
Estos pasos se enumeran a
continuación:
Paso 3Localización en los mapas de amenaza sísmica
BAJA
INTERMEDIA
BAJA
ALTA
INTERMEDIAALTA
ALTA INTERMEDAI
6
5
6
12
3
479
1
3
9
7
6
6
5
5
5
78
2
4
3
4
7
8
Zona de Amenaza Sísmica Valor de Aa
Diseño basado en fuerzas
Paso 4 - Obtención movimientos sísmicos de diseño
ROCA
SUPERFICIE
SCOEFICIENTE
DE SITIO
ICOEFICIENTE
DE IMPORTANCIA
PERFILDE
SUELO
GRUPOS DE USO
I II III IV
De acuerdo con la importancia para larecuperación con posterioridad al sismo
ACOEFICIENTE
DE ACELERACION a
DE LOS MAPAS
DE ZONIFICACIONSISMICA (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
Diseño basado en fuerzas
Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural
� Clasificar en uno de los sistemas estructurales permitidos
� Características de disipación de energía en el intervalo inelástico del material
Diseño basado en fuerzas
SISTEMAS ESTRUCTURALES DE RESISTENCIA SISMICASISTEMA CARGAS
VERTICALESFUERZAS
HORIZONTALESMUROS DE
CARGA
COMBINADO
PORTICO
DUAL
Paso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...
V.43
MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL
HORMIGÓN REFORZADO
Diseño basado en fuerzasPaso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...
MADERA
METALES
BAHAREQUE ENCEMENTADO
CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA
� Mínima (DMI)
� Moderada (DMO)
� Especial (DES)
Diseño basado en fuerzasPaso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...
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 intervaloinelásticoinelásticoinelásticoinelástico
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 intervaloinelásticoinelásticoinelásticoinelástico
Deflexión
Fuerza
Deflexión
Fuerza Deflexión
Fuerza
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
Diseño basado en fuerzasPaso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...
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 AD D E Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC AD 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 - DM I no noM O D E R A D A - D M O no
E S P EC IA L - D ES
C A P A C ID A D DE Z O N A D E A M E N A Z A S IS M IC AD 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 - DM I no noM O D E R A D A - D M O no
E S P EC IA L - D ES
Diseño basado en fuerzasPaso 5: Características de la estructuración y el material estructural (Continuación)...
IRREGULARIDAD EN ALZADO
Torsional Salientesexcesivos
Diafragmadiscontinuo
Desplazamientoplano del pórtico
Ejes noparalelos
Variación enla masa
Retrocesosexcesivos
Desplazamientoelementos
Pisodebilflexible
PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE
MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO ELÁSTICOANÁLISIS DINAMICO
O
DEFINICION DEL
φφφφ p
φφφφ a
GRADO DE IRREGULARIDAD
IRREGULARIDAD EN PLANTA
EN PLANTA
GRADO DE IRREGULARIDAD
EN ALZADO
Paso 6: Grado de irregularidad y definición del procedimiento de análisis
Diseño basado en fuerzas
DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS
CORTANTE SISMICO EN LA BASE
TPERIODO DEVIBRACION
MASA
CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA
RIGIDEZ
SACELERACIONESPECTRAL
T
Sa
MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO
a
MMASA DE LAEDIFICACION
PESO ACABADOS
PESO PROPIO ESTRUCTURA
PESO EQUIPOS PERMANENTES
MASA EDIFICACION
SISMICAS EN LA ALTURA
V = S g Mas
Vs
F i
DISTRIBUCION DE LAS FUERZAS
CORTANTE SISMICO EN LA BASE
TPERIODO DEVIBRACION
MASA
CARACTERISTICAS VIBRATORIAS DE LA ESTRUCTURA
RIGIDEZ
SACELERACIONESPECTRAL
T
Sa
MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO
a
MMASA DE LAEDIFICACION
PESO ACABADOS
PESO PROPIO ESTRUCTURA
PESO EQUIPOS PERMANENTES
MASA EDIFICACION
SISMICAS EN LA ALTURA
V = S g Mas
Vs
F i
Diseño basado en fuerzasPaso 7 - Obtención de las fuerzas sísmicas de diseño
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
F ix
Fiy
torsión accidental
fuerzas axiales
momentos flectores
fuerzas cortantes
torsión
δδδδyi
δδδδxipiso 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
F ix
Fiy
torsión accidental
fuerzas axiales
momentos flectores
fuerzas cortantes
torsión
δδδδyi
δδδδxipiso i
Diseño basado en fuerzasPaso 8: Análisis Paso 9: Desplazamientos
∆∆∆∆i ≤≤≤≤ h pi0.01
pi1% de la altura del piso (h )
Máxima deriva admisibleDefinición de la deriva
Si la deriva es mayor que la máxima derivaadmisible 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 incluirlos efectos torsionalesde toda la estructuray el efecto P-Delta
∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1
δδδδ5
para mampostería estructuraleste límite es 0.5% de h pi
∆∆∆∆ i ≤≤≤≤ h pi0.01
pi1% de la altura del piso (h )
Máxima deriva admisibleDefinición de la deriva
Si la deriva es mayor que la máxima derivaadmisible 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 incluirlos efectos torsionalesde toda la estructuray el efecto P-Delta
∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δ∆ = δ − δi i i-1
δδδδ5
para mampostería estructuraleste límite es 0.5% de h pi
Diseño basado en fuerzasPaso 10: Verificación de las derivas
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Límites de la Deriva�Estructuras de hormigón o de acero
1.0 % hpiso
�Estructuras de Mampostería
0.5 % hpiso
Diseño basado en fuerzasPaso 10: Verificación de las derivas (Continuación...)
V.53
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R =
COMBINADO
MUROS DE CARGA
PORTICO
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA
DUAL
COEFICIENTEDE 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 DISIPACIONR0
DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL
φφφφp
φφφφp
φφφφa
×××× R0×××× φφφφa
φφφφp×××× φφφφa
R =
COMBINADO
MUROS DE CARGA
PORTICO
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA
DUAL
COEFICIENTEDE 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 DISIPACIONR0
DE ENERGIA DEL MATERIAL ESTRUCTURAL
φφφφp
φφφφp
φφφφa
×××× R0×××× φφφφa
φφφφp×××× φφφφa
Paso 11: Obtención de R (Continuación)
Diseño basado en fuerzas
V.54
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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...)
Diseño basado en fuerzas
V.55
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
÷÷÷÷ 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 mayoradasdebidas a:
carga muertacarga vivaotras solicitaciones
=fuerzas mayoradas
de diseño
COMBINADASSEGUN EL
TITULO B
DEL
REGLAMENTO
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDADDE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO 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 mayoradasdebidas a:
carga muertacarga vivaotras solicitaciones
=fuerzas mayoradas
de diseño
COMBINADASSEGUN EL
TITULO B
DEL
REGLAMENTO
DISEÑO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALESUTILIZANDO LOS REQUISITOS DEL MATERIALESTRUCTURAL PARA EL GRADO DE CAPACIDADDE DISIPACION DE ENERGIA EN EL RANGOINELASTICO 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
Diseño basado en fuerzas
V.56
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Diseño cimentación
F5
F4
F3
F2
F1
F5
F4
F3
F2
F1
estructura
cimentación
suelo
Diseño basado en fuerzas
V.57
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IVDISEÑO SISMO RESISTENTE
GeneralidadesDuctilidad y sismo resistencia
La energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseño de elementos no estructurales
V.58
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Diseño por desplazamiento
Este aspecto tiene implicaciones muy importantes en
diseño sísmico, dado que una de las verificaciones que
deben realizarse consiste en comprobar que las
deformaciones de la estructura no sean excesivas, y dado
que la estructura en general se sale del intervalo elástico
de respuesta ante la ocurrencia de los movimientos
sísmicos de diseño, estas deformaciones se deben estimar
en el intervalo inelástico de la manera más precisa
posible.
V.60
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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.
Diseño por desplazamiento
V.61
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Diseño por desplazamiento
En los trabajos de Shimazaki y Sozen, se encontró que
cuando el período de la estructura era mayor que un valor
característico TC del acelerograma, la energía que entraba al
sistema era constante o disminuía, independientemente de la
resistencia del sistema, Fy.
Además se encontró, que cuando el período del sistema era
mayor que el período característico, T > TC,
independientemente de la resistencia del sistema Fy; el
desplazamiento máximo inelástico um, tendería a ser igual al
del espectro elástico de desplazamientos, confirmando el
principio de desplazamientos iguales.
V.62
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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.
Diseño por desplazamiento
V.63
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
Diseño por desplazamiento
V.64
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
Diseño por desplazamiento
V.65
√√√√2E/m
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Diseño por desplazamiento
Shimazaki y Sozen explican cualitativamente este
fenómeno indicando que la energía que entra al
sistema se mantiene constante cuando el sistema
tiene un período de vibración inicial mayor que TC,
pues la degradación de la rigidez alarga este
período y entonces no se presenta un aumento en
la energía que entra al sistema y no la hay
suficiente para producir un aumento de la
deformación inelástica.
V.66
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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.
Diseño por desplazamiento
V.67
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Diseño por desplazamiento
Otro aspecto muy importante encontrado en estos
estudios consistió en identificar que bajo ciertas
condiciones del período de la estructura y su resistencia
en la base, para períodos iniciales del sistema T < TC,
también las deformaciones inelásticas se mantenían
iguales o menores que las elásticas. La condición anterior
fue formulada por Shimazaki y Sozen de la siguiente
manera para sistemas estructurales cuya respuesta
histerética es similar a la de elementos de hormigón
reforzado:
es válida si:
RD ≤≤≤≤ 1 0.
RR RT++++ ≥≥≥≥ 1 0.V.68
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
uRD =
e
y
F
FRR =
C
ef
T
TRT =
V.69
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
kT
ef
ef5.0
22 πωπ==
V.70
ωππ 2
5.0
12
5.0
1==
m
kTef
2
2
1
1
5.0
1TTTTef ===
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Diseño por desplazamiento
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
1.0V
V
T
2T
e
y
C
≥+⋅
V.71
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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.
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.72
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
4. Calcular dinámicamente el período fundamental, T, de laedificación, 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 =
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.73
cub
cubm
h
∆=∆
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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:
2ωSUGDL
SUGDL
A=∆
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.74
A su vez,
gAFA aaSUGDL ⋅⋅=
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Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.75
Por lo tanto:
222 42 ππωTgAF
T
gAFgAF aaaaaaSUGDL
⋅⋅⋅=
⋅⋅=
⋅⋅=∆
La respuesta de la estructura será proporcional a la del SUGDL, así que:
SUGDLCub ∆=∆ γ
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Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.76
Pero la respuesta buscada es la de la rigidez degradada:
Y la deriva promedio será:
22 4
2
4 πγ
πγ
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅=∆
TgAFTgAF aaefaaCub
222 πγ
TgAF aaCub
⋅⋅⋅=∆
Cub
aam
h
TgAF 1
22 2⋅
⋅⋅⋅=∆
πγ
En general, la deriva máxima puede estimarse como:
mmáx ∆=∆ 5.1
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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.
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.77
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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.
61
αα ≥
−⋅=
C
efy
T
TC
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.78
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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.
Diseño por desplazamientoProcedimiento
V.79
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VDISEÑO SISMO RESISTENTE
GeneralidadesDuctilidad y sismo resistencia
La energía y la sismo resistenciaDisminución de la demandaAumento del amortiguamientoDiseño basado en fuerzas
Diseño basado en desplazamientosNormatividad Colombiana NSR-98Diseño de elementos no estructurales
V.80
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Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Ley 400 de 1997Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decretos 33 y 34 de 1998Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 2809 de 2000Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002Decreto 52 de 2002
V.81
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Reseña histórica
V.82
�Hasta los 30s: � Normas europeas y estadounidenses (Requisitos del Joint Committee onReinforced Concrete, Antecesor del ACI 318).
�Después de los 30s:� Currículo académico basado en textos estadounidenses, es decir, en el ACI 318.
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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.
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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).
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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)
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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
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V.87
Reseña histórica
�1998 a 2002 –� Decreto 33 del 9 de enero de 1998.
• Reglamento de la Ley 400 de 1997: Promulgación delas NSR-98.
� Decreto 34 del 8 de enero de 1999.
� Decreto 2809 del 29 de diciembre de 2000.
� Decreto 52 del 18 de enero de 2002.
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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.
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¿ 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.
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¿ Quiénes participan ?� Ministerios de Transporte , Desarrollo e
Interior� Dirección Nacional para la Prevención y
Atención de Desastres� Instituto de Investigaciones en
Geociencias, Minería y Química -INGEOMINAS
� Superintendencia Bancaria� Departamento Administrativo de
Planeación Distrital de Bogotá D. C.� Sociedad Colombiana de Ingenieros - SCI� Sociedades Regionales de la Sociedad
Colombiana de Ingenieros� Sociedad Colombiana de Arquitectos -
SCA� Asociación Colombiana de Ingeniería
Estructural- ACIES� Asociación de Ingenieros Estructurales de
Antioquia� Sociedad Colombiana de Geotécnia� Seccional Colombiana del American
Concrete Institute - ACI� Camacol Nacional� Camacol Seccionales Antioquia,
Cundinamarca y Valle
� 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
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ESQUEMA JURÍDICO
V.91
META LEY(Obligatorio)
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ESQUEMA JURÍDICO
V.92
META LEY(Obligatorio)
Reglamentación(Obligatorio)
Criterios de desempeño
Requisitos de
desempeño
META
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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)
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ESQUEMA JURÍDICO
Verificación�Métodos�Procedimientos
Soluciones satisfactorias
Criterios de desempeño
Requisitos de
desempeño
META
DISEÑO
VERIF.
Normas(Opcional)
Reglamentación(Obligatorio)
LEY(Obligatorio)
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BASE CONCEPTUAL
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico AlternativoTENSIONES ADMISIBLES
Evolución de los métodos de diseño
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BASE CONCEPTUAL
BásicoSEGURIDAD ESTADOS LÍMITE
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
SEGURIDAD
TENSIONES ADMISIBLES
Evolución de los métodos de diseño
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BASE CONCEPTUAL
RESTAURABILIDADDISEÑO PLÁSTICO
BásicoSEGURIDAD ESTADOS LÍMITE
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
SEGURIDAD
TENSIONES ADMISIBLES
Evolución de los métodos de diseño
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BASE CONCEPTUAL
1920 1940 1960 1980 2000 2020
Básico Alternativo
BásicoSEGURIDAD
RESTAURABILIDAD
FUNCIONALIDAD, DURABILIDADY SOSTENIBILIDAD
TENSIONES ADMISIBLES
ESTADOS LÍMITE
DISEÑO PLÁSTICO
DESEMPEÑO
Evolución de los métodos de diseño
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CÓDIGOSCódigos actuales:
�Guías simples determinísticas
�Criterios basados en experiencia
�Pobre clasificación ambiental
Relación desempeño/vida útil: Implícita
(~ 50 años)
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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
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¿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
101.00.10.010.001FRECUENCIA, Hz
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Ley 400 de 1997
� Título I - Objeto y Alcance
� Título II - Definiciones
� Título III - Diseño y Construcción• Responsabilidades
• Otros materiales y métodos alternos de diseño y construcción
� Título IV - Revisión de los diseños
� Título V - Supervisión técnica de la construcción
� Título VI - Profesionales• Calidades y requisitos
• Diseñadores
• Revisores de diseños
• Directores de construcción
• Supervisores técnicos
V.102
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
Ley 400 de 1997
�Título VII - Comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes
�Título VIII - Potestad reglamentaria• Decretos reglamentarios
• Alcance y temario técnico y científico
�Título IX - Responsabilidades y Sanciones
�Título X - Disposiciones finales
V.103
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
CONTENIDO DE LA NSR-98TITULO TEMA OBSERVACIONES
A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO YCONSTRUCCION SISMO RESISTENTE
Actualizado
B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS ActualizadoF ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERA NuevoH ESTUDIOS GEOTECNICOS NuevoI SUPERVISION TECNICA NuevoJ REQUISITOS PARA FUEGO NuevoK OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS Nuevo
V.104
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CONTENIDO DE LA NSR-09TITULO TEMA OBSERVACIONES
A REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO YCONSTRUCCION SISMO RESISTENTE
Actualizado
B CARGAS ActualizadoC CONCRETO ESTRUCTURAL ActualizadoD MAMPOSTERIA ESTRUCTURAL ActualizadoE CASAS DE UNO Y DOS PISOS ActualizadoF ESTRUCTURAS METALICAS ActualizadoG ESTRUCTURAS DE MADERAH ESTUDIOS GEOTECNICOSI SUPERVISION TECNICAJ REQUISITOS PARA FUEGOK OTROS REQUISITOS COMPLEMENTARIOS
V.105
ActualizadoActualizadoActualizadoActualizadoActualizado
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REQUISISTOS
SISMICOS
V.106
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Sistema de Unidades
V.107
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TITULO A
REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Y CONSTRUCCION
SISMO RESISTENTE
V.108
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TITULO A
� A.1 - Introducción
� A.2 - Zonas de Amenaza Sísmica y
Movimientos Sísmicos de Diseño
� A.3 - Requisitos Generales de Diseño
Sismo Resistente
� A.4 - Método de la Fuerza Horizontal
Equivalente
� A.5 - Método del Análisis Dinámico
� A.6 - Requisitos de la Deriva
� A.7 - Interacción Suelo-Estructura
V.109
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TITULO A
� A.8 - Efectos Sísmicos Sobre Elementos que No
Hacen Parte del Sistema de Resistencia
Sísmica
� A.9 - Elementos No Estructurales
� A.10 - Edificaciones Construidas Antes de la
Vigencia de la Presente Versión del Reglamento
� A.11 - Instrumentación Sísmica
� A.12 - Requisitos Especiales para Edificaciones
Indispensables del Grupo de Uso IV
� A.13 - Definiciones y Nomenclatura
V.110
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
TITULO A
� Apéndice A-1 - Recomendaciones Sísmicas para
Algunas Estructuras que se Salen del Alcance del
Reglamento
� Apéndice A-2 - Recomendaciones para el Cálculo de
los Efectos de Interacción Dinámica Suelo-Estructura
� Apéndice A-3 - Procedimiento Alterno para la
Definición de los Efectos Locales
� Apéndice A-4 - Valores de Aa y Ad y Definición de la
Zona de Amenaza Sísmica de los Municipios
Colombianos
V.111
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
¿ QUÉ HAY EN EL TÍTULO A ?
V.112
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
CAPITULO A.1INTRODUCCIÓN
�Defensa de la vida y de la propiedad
�Se aclara el procedimiento de diseño
�Se amplían el uso de materiales y métodos
alternos de diseño y construcción
�Se definen los requisitos para presentación
de planos y memorias
�Se definen la idoneidad requerida de
supervisores técnicos, diseñadores y
revisores de diseños. V.113
Josef Farbiarz F. Facultad de Minas U.N. Sede Medellín
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
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PROPÓSITO DE LAS NORMAS
Una edificación diseñada siguiendo los requisitos de este Reglamento debe ser capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso, temblores pequeños sin daño, temblores moderados sin daño estructural,
pero posiblemente, con algún daño en
elementos no estructurales, y un temblor fuerte
sin colapso o pérdida de vidas humanas.
V.115
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ALCANCE DEL REGLAMENTO
El Reglamento contiene los
requisitos mínimos
para el diseño y construcción de edificaciones nuevas
V.116
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ALCANCE DEL REGLAMENTO
� Da los requisitos para la adición, modificación y remodelación del sistema estructural de edificaciones construidas antes de la vigencia de la
presente versión del Reglamento.
� Establece requisitos especiales para el diseño y construcción sismo resistente de edificaciones
indispensables para la recuperación de la comunidad con posterioridad a la ocurrencia de un sismo.
V.117
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ALCANCE DEL REGLAMENTO
No cubre el diseño y construcción de estructuras especiales tales como puentes, torres de transmisión, torres y equipos industriales, muelles, estructuras hidráulicas y todas aquellas estructuras cuyo comportamiento dinámico difiera del de edificaciones convencionales o no estén cubiertas dentro de las limitaciones de cada uno de los materiales estructurales prescritos dentro de este Reglamento.
V.118
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
GENERAL - La estructura de las edificaciones cubiertas por el alcance de este Reglamento debe diseñarse para que tenga resistencia y
rigidez adecuadas ante las cargas mínimas de
diseño prescritas y debe, además, verificarse que dispone de rigidez adecuada para limitar
la deformabilidad ante las cargas de servicio, de tal manera que no se vea afectado el funcionamiento de la edificación.
V.119
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
CASAS DE UNO Y DOS PISOS
Las edificaciones de uno y dos pisos deben diseñarse de acuerdo con los Capítulos A.1 a A.13 de este Reglamento. Las casas de uno y dos pisos del grupo de uso I, que no formen parte de programas de más de quince unidades de vivienda ni tengan más de 3 000 m² de área en conjunto, pueden diseñarse alternativamente de acuerdo con los requisitos del Título E de este Reglamento.
V.120
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
CONSIDERACIONES ESPECIALES
En toda edificación del grupo de uso I, que tenga más de 3000 m² de área en conjunto, o más de quince unidades de vivienda, y en todas las edificaciones de los grupos de usos II, III y IV, deben considerarse los siguientes aspectos especiales en su diseño y construcción:
V.121
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PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CONSIDERACIONES ESPECIALES
(a) influencia del tipo de suelo en la respuesta sísmica de las edificaciones,
(b) potencial de licuación del suelo en el lugar,
(c) posibilidad de falla de taludes debida al sismo,
(d) comportamiento en grupo del conjunto ante solicitaciones sísmicas,
eólicas y térmicas de acuerdo con las juntas que tenga el proyecto,
(e) especificaciones complementarias acerca de la calidad de los
materiales a utilizar y del alcance de los ensayos de comprobación
técnica de la calidad real de estos materiales,
(f) verificación de la concepción estructural de la edificación desde el
punto de vista de cargas verticales y fuerzas horizontales, y
(g) obligatoriedad de una supervisión técnica, profesionalmente calificada,
de la construcción.
V.122
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CAPITULO A.2ZONAS DE AMENAZA SISMICA Y
MOVIMIENTOS SISMICOS DE DISEÑO
� Mapas de Amenaza Sísmica
� Parámetro Av (No se considera Aa)
� Perfiles de suelo S1 a S4
� Opción de definir S en función de SPT, vs y su
� Grupos de uso I a IV
� Valor mínimo en el Espectro de Diseño
� Se permite el uso de familias de acelerogramas
� Requisitos para estudios de microzonificación
V.123
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¡VALOR MÍNIMO DEL ESPECTRO!
¡ CUIDADO CON LOS PROGRAMAS DE COMPUTADOR !
V.124
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CAPITULO A.3REQUISITOS 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
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CAPITULO A.4MÉTODO 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
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Cálculo del Período
( )
( )∑
∑
=
==n
i
ii
n
i
ii
fg
w
T
1
1
2
2
δ
δπ
V.127
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Cálculo del Período
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
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Cálculo del PeríodoMuros de Concreto o de Mampostería
CA
t
c
====0 075.
A AD
hc e
e
n
==== ++++
∑∑∑∑ 0 2
2
.
V.129
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CAPITULO A.5MÉTODO 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
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CAPITULO A.6REQUISITOS DE LA DERIVA
�Límites de deriva dependientes del material
estructural
�La deriva debe incluir los efectos de torsión
de toda la estructura
�La deriva debe incluir los efectos P-Delta
�Requisitos para separación entre
estructuras adyacentes
V.131
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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
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Cálculo de la Deriva
Piso i
Piso i-1
∆∆∆∆max
i
i −−−−δδδδ
1
tot,x
iδδδδtot,x
i −−−−δδδδ
1
tot,y
iδδδδtot,y
i −−−−δδδδ
1
tot,y
i −−−−δδδδ
1
tot,x
i itot,y−−−−
−−−−δδδδ δδδδ1
tot,y
i itot,x−−−−
−−−−δδδδ δδδδ1
tot,x
V.133
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Límites de la Deriva
�Estructuras de hormigón o de acero
1.0% hpiso
�Estructuras de Mampostería
0.50% hpisoV.134
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CAPITULO A.7INTERACCION 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
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CAPITULO A.8 EFECTOS SISMICOS SOBRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE NO HACEN PARTE DEL SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA
�Efectos sísmicos sobre: escaleras, rampas,
tanques, elementos de cubierta, elementos
secundarios de las losas, apoyos de equipos,
etc.
�Se definen las fuerzas sísmicas de diseño
para estos elementos
V.136
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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
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�Basados en la Norma AIS 150
�Requisitos para adiciones,
modificaciones y remodelaciones
�Análisis de vulnerabilidad sísmica
CAPITULO A.10EDIFICACIONES CONSTRUIDAS ANTES DE LA VIGENCIA DE LA
PRESENTE VERSION DEL REGLAMENTO
V.138
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CAPITULO A.11 INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
�Se define el tipo de instrumento
�Se define en que tipo de edificación se
deben colocar en las diferentes zonas
de amenaza sísmica
�Se define quién corre con qué gastos
V.139
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CAPITULO A.12 REQUISITOS ESPECIALES PARA EDIFICACIONES
INDISPENSABLES DEL GRUPO DE USO IV
� Cubre edificaciones cuya operación no puede
desplazarse a otro lugar (hospitales, centrales de
comunicación, etc.)
� Define los movimientos sísmicos para el Umbral de
Daño
� Requiere que la edificación permanezca en el
intervalo elástico para los movimientos sísmicos
del umbral de daño
� Requisitos de deriva para el umbral de daño
V.140
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CAPITULO A.13DEFINICIONES Y NOMENCLATURA DEL
TITULO A
V.141
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IRREGULARIDAD TORSIONALusar φp = 0.9
∆∆∆∆∆∆∆∆ ∆∆∆∆
11 21 22
>>>>++++
.
1
2
∆∆∆∆
∆∆∆∆
V.142
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RETROCESOS EN LAS ESQUINASusar φp = 0.9
A B o C D>>>> >>>>0 15 0 15. .
AB CD
V.143
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IRREGULARIDAD DEL DIAFRAGMAusar φp = 0.9
C D A B×××× >>>> ××××0 5. (((( ))))C D C E A B×××× ++++ ×××× >>>> ××××0 5.
AB
CDA
B
C
D
E
V.144
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DESPLAZAMIENTO DEL PLANO DE ACCIÓN
usar φp = 0.8
Desplazamientoplano de acción
Dirección bajoestudio
V.145
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SISTEMAS NO PARALELOSusar φp = 0.9
PLANTA
Sistemas no paralelos
V.146
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A
B
C
D
E
F
PISO FLEXIBLEusar φa = 0.91
(((( ))))
K K
o
KK K K
C D
CD E F
<<<<
<<<<++++ ++++
0 70
0 803
.
.
V.147
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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
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IRREGULARIDAD GEOMÉTRICAusar φa = 0.9
A
B
C
D
E
F
a
b
a b>>>>1 30.
V.149
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DESPLAZAMIENTO DENTRODEL PLANO DE ACCIÓN
usar φa = 0.8
A
B
C
D
E
F
a
bb a>>>>
V.150
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PISO DÉBILusar φa = 0.8
A
B
C
D
E
F
Resist R esistB C<<<< 0 70.
V.151
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TORSION DE TODA LA ESTRUCTURA
V.152
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TORSION ACCIDENTAL
centromasa
a
b
0.10 a
Fy
PLANTA V.153
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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
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ESPECTRO DE DISEÑO
Período (seg)0
SAS
I
Ta
a====12 23.
T
(g)Sa
T,
S A Ia a====25.
S A Ia a====0.5
LTC
S==== 2.423
TL
0.30 seg
Para análisis dinámico, solomodos diferentes al fundamentalen cada dirección principal en planta
S A Ia a====
Este espectro está definido paraun coeficiente de amortiguamientoigual al 5 por ciento del crítico
Nota:
S==== 0.4823
TCV.155
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ESPECTRO DEL UMBRAL DE DAÑO
.0
Período (seg)
(g)
0
SAS
I
Tad
d====1.5
Sad
T,
S A Iad d====3
Td
S==== 0.50Td
0.25
S A Iad d====
Este espectro está definido paraun coeficiente de amortiguamientoigual al 2 por ciento del crítico
Nota:
V.156
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ConstrucciConstrucciConstrucciConstruccióóóón y Supervisin y Supervisin y Supervisin y Supervisióóóón Tn Tn Tn Téééécnicacnicacnicacnica
V.157
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¿ QUE INDICARON LOS TEMBLORES RECIENTES ?
�Buen comportamiento estructural de
las edificaciones contruídas de
acuerdo con el Decreto 1400/84
�Mal comportamiento de los elementos
no estructurales de las edificaciones
contruídas de acuerdo con el Decreto
1400/84
V.158
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¿ QUÉ HAY NECESIDAD DE CAMBIAR EN LA PRÁCTICA CONSTRUCTIVA ACTUAL ?
�Estructuras más rígidas ante
cargas laterales
�Edificaciones con acabados que se
comporten mejor ante los sismos
�Edificaciones menos irregulares
V.159
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¿ QUÉ ES PRIORITARIO ?
�Cambio a edificaciones con mayor
cantidad de muros estructurales
�Nuevos tipos de acabados menos
frágiles
�Nuevos sistemas de construcción
de fachadas
V.160
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EL RETOEl reto es para:
� los arquitectos - involucrandose en el problemasísmico, diseñando edificaciones y acabados menosvulnerables sísmicamente,
� los ingenieros - buscando soluciones estructurales másrígidas y seguras,
� los constructores y los supervisores técnicos -propugnando una mejor calidad de los acabados y dela estructura, y
� los fabricantes de materiales - introduciendo almercado materiales menos frágiles y de mejorcomportamiento sísmico.
V.161
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