IOCC – 233 TALLER DE DISEÑO ESTRUCTURAL

Acción Sísmica y Normativa

Dr. Galo Valdebenito M.

Valdivia, Chile, Noviembre de 2010

Definición de la Acción Sísmica

Acelerogramas reales

Time [sec]403020100

Acce

lera

tion

[g] 0.6

0.40.2

0-0.2-0.4-0.6

Time Histories of Landers Earthquake, Lucerne Station

Acelerogramas reales

Time [sec]403020100

Acc

eler

atio

n [g

] 1

0.5

0

-0.5

-1

Time [sec]40302010

Vel

ocity

[m/s

ec]

0.5

0

-0.5

Time [sec]403020100

Dis

plac

emen

t [m

]

0.30.20.1

0-0.1-0.2

Histories of San Fernando Earthquake, Pacoima Dam Abut. Station

Frequency [Hz]2010

Four

ier A

mpl

itude

(g*s

) 0.40.35

0.30.25

0.20.15

0.10.05

0

Acelerogramas artificiales

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

Period (sec)

Sa

/g

Horiz Vert

Design Acceleration Response Spectra, EC8

Time [sec]403020100

Acc

eler

atio

n [g

] 0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

Frequency [Hz]2010

Four

ier A

mpl

itude

(g*s

)

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Espectros elásticos

Time [sec]2520151050

Acc

eler

atio

n [g

] 0.60.40.2

0-0.2-0.4-0.6

Time [sec]2520151050

Acc

eler

atio

n [g

] 0.60.40.2

0-0.2-0.4-0.6

Time [sec]2520151050

Acc

eler

atio

n [g

] 0.60.40.2

0-0.2-0.4-0.6

Espectros Input de Energía

Distribución de Energías, Caso inelástico

Espectro de Energía para Japón

Normativa para el Análisis Sísmico

GENESIS DE NORMATIVAS SISMORRESISTENTES

Normativas sismorresistentes surgen como necesidad de contar con criterios que unifiquen procedimientos y métodos de protección, diseño y reparación de construcciones ante la acción sísmica.

Necesidad de periódica revisión de los criterios de análisis y diseño sísmico de estructuras: lecciones de sismos en el mundo y el vertiginoso desarrollo computacional y experimental han permitido mejorar mucho la compresión y abordaje del fenómeno sísmico en los últimos años.

Es necesario que todos los países con sismicidad baja en adelante cuenten con reglamentaciones y normativas sismorresistentes. Países que cuentan con normativas avanzadas: China, Colombia, Costa Rica, Chile, El Salvador, Francia, Grecia, Japón, Italia, USA, Nueva Zelanda, Nicaragua, México, Perú, Portugal, Rumania, Rusia, España, Turquía, Venezuela.

OJO!! El buen comportamiento sísmico de las estructuras no se soluciona con métodos sofisticados ni con superordenadores. Lo mejor es evitar los problemas, siendo la calidad de construcción, sencillez, uniformidad y simetría sinónimos de buen desempeño y seguridad. Este es un aspecto que todas las normas del mundo de alguna forma insisten.

Generación de normativas sismorresistentes:

Estudios de sismicidad histórica e instrumental a modo global. Caracterización sísmica. Caracterización a escala local. Efectos de sitio. Análisis y tratamiento de la información: Empleo de métodos deterministas y/o

probabilistas Determinación de zonas sísmicas Subdivisión de zonas de mayor interés en base a criterios de peligrosidad y riesgo sísmico Caracterización de tipologías de suelos Caracterización de tipologías y sistemas estructurales Clasificación de estructuras según importancia Establecimiento de criterios de análisis y diseño sísmico de estructuras:

Métodos estáticos (pseudoestático) equivalentes Métodos dinámicos (análisis modal, análisis de historias temporales)

Generación de espectros de diseño: Se originan a partir de la generación, análisis y tratamiento de espectros de respuesta elástico.

Recomendaciones de análisis y diseño, establecimiento de irregularidades, detallamientopara diseño sísmico.

NORMATIVA SISMORRESISTENTE EN CHILEOrígenes y antecedentes históricos:

Primera reglamentación: Ley de ordenanza general de construcciones y urbanización(1931). Entregaba aspectos de diseño sísmico muy generales. No es una norma propiamente tal.

Norma Nch 433 Of 72: A pesar de su data es ya de concepción moderna y entre otros aspectos contempla las alternativas de un análisis estático o dinámico, considera efectos del suelo, la forma estructural y la importancia del uso del edificio. Contiene prescripciones para la torsión en planta, las deformaciones admisibles y la separación entre estructuras.

Norma Nch 433 Of 93: Introduce muchas mejoras, originadas a raíz de las lecciones aprendidas con el sismo de marzo de 1985 (Ms: 7.8). La poca cantidad de daños y pérdidas originadas en este sismo puso de manifiesto, pese a su sencillez, el buen desempeño de los edificios y estructuras chilenas y la potencialidad de la norma entonces vigente.

Norma Nch 433 Of 96: “Diseño Sísmico de edificios”, corresponde a una mejora de la norma del año 1993 para reflejar de mejor forma la realidad sísmica de todo el país.

Aparición de nuevas normativas:

Nch 2369 Of 2002: Diseño Sísmico de Edificios e Instalaciones Industriales Nch2745 Of 2003: Diseño Sísmico de Edificios con Aislación Basal

Actualmente se encuentra en estudio propuesta de norma de diseño de edificios con dispositivos de disipación de energía.

ZONAS SÍSMICAS: ALREDEDOR DEL 80 % DE LOS TERREMOTOS

MUNDIALES OCURREN EN EL BORDE DEL OCÉANO PACÍFICO.

CARACTERÍSTICAS DE SISMOS EN CHILE: Sismicidad es muy escasa al sur de la Península de Taitao Frecuencia de sismos: MS Período

9 100 años8 10 años7 1 año6 10 por año

Sismicidad disminuye de mar a cordillera debido a que sismos generados son principalmente por choques interplacas de tipo subductivo.

Contenidos frecuenciales son elevados

ZONAS DE SISMOS DESTRUCTORES EN CHILE

(ÚLTIMOS 140 AÑOS)

REGIÓN %I 15II 15III 21V 18XI 7RESTO 24

CARACTERIZACION SISMICA EN BASE A ACELERACIONES EFECTIVAS MAXIMAS DEL SUELO

Nch 433 Of 96: “Diseño Sísmico de edificios”

Normativa aplicable principalmente a edificios de cierta regularidad en planta y elevación. Niveles de desempeño sísmico:

Ante sismos de poca intensidad, muy frecuentes, no se permite daño estructural y no estructural Ante sismos de intensidad moderada a alta, menos frecuentes, se permiten daños no estructurales y estructurales

menores, siendo factible la reparación. Ante sismos muy violentos y poco frecuentes, las estructuras no deben colapsar.

Considera dos procedimientos alternativos de análisis:

Método estático equivalente: Tiene limitaciones en el no. de pisos y altura Método de análisis por espectros de respuesta: De uso general.

Clasificación de edificios según importancia:

Definición de tipos de suelo:

CATEGORIA CARACTERIZACION COEF. IMPORTANCIA

IV Edif. Gubernamentales, municipales, serv. Públicos, 1,2hospitales, cuarteles de bomberos, estaciones terminalesEdif. De gran valor (bibliotecas, museos, etc); edif. Con

III gran aglomeración de personas, recintos universitarios, 1,2estadios, escuelas, cárceles, centros comerciales

II Edificios de habitación pública o privada, edif. de oficinas 1I Construcciones aisladas o provisionales no destinadas 0,6

TIPO DE SUELO DESCRIPCION

I Roca, Vs > 900 m/sII a) Suelo con Vs > 400 m/s

b) Grava densa c) Arena densa con DR > 75% o IPS > 40d) Suelo cohesivo duro, qu > 0.20 Mpa

III a) Arena no saturada, 65% < DR < 75%b) Suelo cohesivo, 0.05 Mpa < qu < 0.20 Mpac) Arena saturada, 20 < N < 40

IV Suelo cohesivo saturado, qu < 0.05 Mpa

Normativa considera factores de modificación de respuesta que dependen de la tipología estructural y materialidad empleada. Son un intento de cuantificar la ductilidad de la estructura. En ambos casos los valores del factor de modificación R disminuyen conforme aumenta la rigidez.Así por ejemplo:

Sistemas de muros de HA : R = 7Sistema de muros de albañilería confinada : R = 4

La norma limita los valores del cortante basal de cálculo a un máximo y un mínimo, lo que obliga en algunos casos a aumentar los esfuerzos sísmicos de cálculo o a disminuirlos.

Se entregan recomendaciones para el diseño sísmico de fundaciones, muros de subterráneos, sótanos y elementos no estructurales.

El espectro de diseño es de la forma:

Zona sísmica Acel. Efectiva (Ao)I 0.2gII 0.3gIII 0.4g

I: Coef. De importancia del edificioAo: Acel. Efectiva máxima del suelo α: Factor de amplificación (depende de la clasificación sísmica del suelo)R*: Factor de reducción (depende de la tipología estructural, materialidad y período de mayor masa traslacional)

*o

aIASRα

=

Ejemplo real de espectro de diseño

ESPECTRO DE DISEÑO

0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.0000

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000

Tn (seg)

Sa/g

Edificio ubicado en Valdivia, Chile.No. De niveles: 3Zona sísmica: IIITipo de suelo: IIITipología y materialidad: muros y pòrticos de hormigón armado

Aspectos a considerar de NCh433:

– Define espectros para una razón de amortiguamiento crítico de un 5%

– No se toma en cuenta efecto de aceleraciones verticales– Recomendaciones pobres respecto de elementos no

estructurales– No toma en cuenta el efecto de la duración, ni efectos de

directividad (fuente cercana), ni consideraciones sobre el contenido de frecuencias

– No considera efectos locales de sitio– No define explicitamente irregularidades estructurales…

¡¡¡¡ ES NECESARIO MEJORAR NUESTRA NORMATIVA!!!!

Muchas Gracias