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PDVSA N TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 18I

E1994

JA221 DISEO SISMORRESISTENTE DE INSTALACIONES

INDUSTRIALES

APROBADA

Alexis Arvalo Jess E. RojasFEB.99 FEB.99

ESPECIFICACION DE INGENIERIA

AGO.91

FEB.99 Y.K.1

0

Revisin General 53

34

A.A. J.E.R.

J.S.

MANUAL DE INGENIERIA DE DISEO

ESPECIALISTAS

PDVSA

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DISEO SISMORRESISTENTE DEINSTALACIONES INDUSTRIALES FEB.991

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.Men Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

Indice

1 GENERAL 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1 Alcance 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2 Referencias 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 GLOSARIO Y NOTACIN 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1 Glosario 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2 Notacin 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REQUERIMIENTOS GENERALES 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1 Estrategia de Diseo 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Estudios de Sitio 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Relacin con Normas y otras Especificaciones 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.4 Mediciones y Ensayos con Fines de Evaluacin 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.5 Superposicin con otras Acciones 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 CLASIFICACIN DE RIESGOS 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1 Escala de Referencia 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Casos Dudosos 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Riesgos Temporales 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 TERRENOS DE FUNDACIN 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1 Seleccin de la Forma Espectral y del Factor j 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Casos Especiales 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 Fundaciones, Muros y Taludes 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 ACCIONES SSMICAS 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1 Mapas de Amenaza Ssmica 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.2 Aceleracin Horizontal Mxima del Terreno 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.3 Espectro de Respuesta Elstica 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.4 Historias de Aceleraciones 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.5 Componentes del Movimiento 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.6 Desplazamientos Permanentes de Fallas Activas 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.7 Otras Acciones Ssmicas 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 ESPECTROS DE DISEO 18. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 MODELADO 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8.1 Instalaciones Soportadas sobre Estructuras 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.2 Masas 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3 Propiedades Mecnicas 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 MTODOS DE ANLISIS 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9.1 Criterios Generales 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
http://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp

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9.2 Mtodos de Anlisis Dinmico para Sistemas Elsticos 21. . . . . . . . . . . . . .

9.3 Mtodos Estticos para Anlisis Elstico 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.4 Mtodos de Anlisis Inelstico 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.5 mbito de Aplicacin 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 COMBINACIN DE LOS EFECTOS DEBIDOS A LA ACCINDE LAS TRES COMPONENTES SSMICAS 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 ELEMENTOS ESPECIALES DE PROTECCIN SSMICA 27. . . . . . .

11.1 General 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 Propiedades Mecnicas 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.3 Anlisis 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 INSTALACIONES EXISTENTES 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.1 Propsito y Alcance 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.2 Niveles de Adecuacin 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3 Informacin Requerida 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4 Criterios Generales para la Evaluacin de Instalaciones Existentes 29. . . .
http://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp

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1 GENERAL

1.1 Alcance

Esta especificacin establece las disposiciones generales de anlisis y diseopara instalaciones pertenecientes a PDVSA ubicadas en zonas ssmicas, dentrodel territorio de Venezuela.

Ellas no incluyen edificios, cuyo anlisis y diseo se regir por la NormaCOVENIN 1756.

En el Anexo 1, a estas especificaciones se incluyen comentarios que explican sucontenido.

1.2 Referencias

1.2.1 Especificaciones de Ingeniera PDVSA

JA222: Diseo Sismorresistente de Recipientes yEstructuras.

FJ251: Diseo Simorresistente de Tanques Metlicos.

JA224: Diseo Sismorresistente de Estructuras en AguasLacustres y Someras.

1.2.2 Guas de Ingeniera PDVSA

90615.1.008: Fundaciones para Recipientes Horizontales.

90615.1.013: Cargas Ssmicas de Recipientes Verticales,Chimeneas y Torres.

1.2.3 Comisin Venezolana de Normas Industriales (COVENIN)

1618 (en revisin): Estructuras de Acero para Edificaciones. Proyecto,Fabricacin y Construccin.

1753 (en revisin): Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones.Anlisis y Diseo.

1756 (en aprobacin): Edificaciones Sismorresistentes.2002: Criterios y Acciones Mnimas para el Proyecto de

Edificaciones.

1.2.4 American Institute of Steel Construction (AISC)

LRFD: Manual of Steel Construction. Load & ResistanceFactor Design.

ASD: Manual of Steel Construction. Allowable StressDesign.
http://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santphttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://ja-222.pdf/http://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://../vol19/fj-251.pdfhttp://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://ja-224.pdf/http://90615_1_008.pdf/http://90615_1_008.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_013.pdf/http://90615_1_008.pdf/http://ja-224.pdf/http://../vol19/fj-251.pdfhttp://ja-222.pdf/http://www.intevep.pdv.com/santp/mid/vol18-1/indice_vol18-1.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp/mid/indice_mid.htmhttp://www.intevep.pdv.com/santp

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1.2.5 American Concrete Institute (ACI)

318: Building Code Requirements for Structural Concrete(ltima edicin).

2 GLOSARIO Y NOTACIN

2.1 Glosario

Acelerograma: registro de la variacin en el tiempo de las aceleraciones delmovimiento del terreno en un punto y en una direccin.

Amortiguamiento: capacidad de los materiales y sistemas de disipar energa.

No incluye la disipacin por incursiones en el rango inelstico. Anlisis Dinmico: anlisis para determinar la respuesta ante solicitaciones

dinmicas. Con frecuencia en las normas se hace referencia al anlisisrealizado con base en un espectro de diseo, tomando en cuenta laspropiedades modales de la estructura y obteniendo la respuesta mediante lacombinacin de los valores correspondientes a cada modo.

Carga Permanente: es la debida al peso de todos los componentesestructurales, as como los sistemas y componentes no estructuralespermanentes tales como tuberas, plataformas, bandejas y equipos fijos.

Carga de Servicio: es una combinacin de cargas probables en condiciones

normales de servicio, que la estructura debe ser capaz de resistir con suselementos estructurales sometidos a esfuerzos admisibles, inferiores a sucapacidad real.

Cedencia: condicin caracterizada por la plastificacin de por lo menos laregin mas solicitada del sistema resistente a sismos, tal como la formacin dela primera rtula plstica en un componente importante del mismo.

Coeficiente Ssmico: es el cociente entre la fuerza cortante horizontal dediseo que acta en el nivel de base (corte basal) y el peso total por encimadel mismo.

Demanda de Ductilidad: es la exigencia de ductilidad que se origina en laestructura cuando est sujeta a los movimientos ssmicos de diseo aquestipulados (vase Ductilidad y Factor de Ductilidad).

Ductilidad: es la capacidad que poseen los componentes de un sistemaestructural de hacer incursiones alternantes en el dominio inelstico, sinprdida apreciable en su capacidad resistente (vase Factor de Ductilidad).

Espectro de Diseo: es aquel espectro asociado a sismos de diseo, en elcual se ha incorporado el factor de reduccin de respuesta correspondiente alsistema resistente a sismos.

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Espectro de Respuesta: define la respuesta mxima de osciladores de un

grado de libertad y de un mismo amortiguamiento, sometidos a unacelerograma dado, expresado en funcin del perodo. Estudios de Sitio: evaluacin del peligro ssmico tomando en consideracin

las condiciones locales del sitio.

Factor de Ductilidad: es un valor que describe la ductilidad global que puedetolerar el sistema resistente a sismos manteniendo su integridad; este factorcuantifica la relacin entre los desplazamientos mximos reales y losdesplazamientos calculados suponiendo un comportamiento elstico lineal dela estructura.

Factor de Reduccin de Respuesta: es el factor que divide las ordenadas

del espectro de respuesta elstica para obtener el espectro de diseo. Grado de Riesgo: escala de clasificacin de riesgos que depende del nmerode personas expuestas, de las eventuales prdidas econmicas y del impactoambiental como consecuencia de falla o mal funcionamiento de la estructura.

Nivel de Base: es el nivel de la estructura donde se admite que las accionesssmicas se transmiten a ella.

Peligro Ssmico: cuantifica la probabilidad de ocurrencia de eventos ssmicosfuturos que pueden afectar en forma adversa la integridad de las instalacionesy de sus ocupantes.

Perodo Medio de Retorno: duracin media entre ocurrencias de un evento

determinado. Probabilidad de Excedencia: probabilidad de que un nivel especfico del

movimiento del terreno, o un nivel de efectos econmicos o sociales causadospor el sismo, sea excedido en un lugar o regin durante un lapso de tiempodeterminado.

Seiche: oscilacin de cierta amplitud del agua en lagos, debido al efecto desismos distantes.

Vida til: nmero de aos representativos del tiempo de servicio probable deuna instalacin.

2.2 NotacinLos subndices i yj son utilizados para indicar juntas o niveles cualesquiera; parael ltimo nivel se reserva la letra N. Las unidades se especifican slo en aquelloscasos donde su uso es obligatorio.

Ad = Ordenada del espectro de diseo expresada como fraccin de laaceleracin de la gravedad.

Ao = Aceleracin horizontal mxima del terreno expresada como fraccin dela aceleracin de la gravedad.

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CP = Efectos debidos a cargas permanentes.

CV = Efectos debidos a cargas variables de servicio y de operacin,incluidos efectos trmicos, presin interna y eventuales vibraciones enrgimen de operacin.

D = Factor de ductilidad.

Fi = Fuerza lateral en la junta i.

fi = fuerza lateral en la junta i, para el clculo del perodo.H = Profundidad a la cual se consigue material con velocidad de las ondas

de corte, Vs, mayor que 500 m/s.

H1 = Profundidad desde la superficie hasta el tope del estrato (m)

0,25 H.

Ms = Magnitud Richter determinada a partir de la amplitud de ondassuperficiales.

N = Nmero de juntas donde se han concentrado los pesos de laestructura.

P* = Probabilidad de que la aceleracin del terreno exceda el valor a, en taos.

R = Valor mximo de respuesta dinmica.

S = Efectos del sismo, incluyendo las tres componentes ssmicas,debidamente combinadas.

T = Perodo fundamental de la estructura, en segundos. Tambindenominada perodo de retorno.

T = Valor del perodo que define parte del espectro elsticonormalizado, en segundos.

T+ = Menor valor del perodo en el intervalo donde los espectros de diseotienen un valor constante, en segundos.

T* = Valor mximo del perodo en el intervalo donde los espectros elsticosnormalizados tienen un valor constante, en segundos.

Vo = Fuerza cortante en la base (corte basal).

Vsp = Velocidad promedio de las ondas de corte en el perfil geotcnico (m/s).W = Peso total de la estructura por encima del nivel de base.Wi = Peso concentrado en la junta i.

a = Aceleracin mxima del terreno (cm/s2).

a* = Aceleracin caracterstica del peligro ssmico en cada localidad(cm/s2).

d = Desplazamiento mximo en fallas activas (cm).g = Aceleracin de gravedad igual a 981 gals.

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gal = 1,0 cm/s2.

h = Altura.p1 = Probabilidad anual de excedencia. Es igual al inverso del perodo de

retorno.

q = Coeficiente que afecta los efectos de la accin ssmica.

t = Vida til o vida econmica asignada a la instalacin (aos).

= Uno de los parmetros que definen la forma de los espectros.

* = Factor de amplificacin espectral.

= Factor de correccin del coeficiente de aceleracin horizontal.

= Valor caracterstico del peligro ssmico en cada localidad.

= Amortiguamiento referido al crtico.

3 REQUERIMIENTOS GENERALES

3.1 Estrategia de Diseo

En estas especificaciones se incorpora la naturaleza dinmica de la accinssmica y de la respuesta estructural. Esta es cuantificada por procedimientosque poseen diferentes grados de complejidad en funcin de las caractersticaspropias de la instalacin.

Los diseos realizados de acuerdo con las presentes especificaciones sefundamentan en la seleccin de acciones ssmicas que dependen del desempeode la instalacin y de su eventual mal funcionamiento. La aplicacin de esaestrategia admite, en ciertas estructuras, incursiones moderadas en el rango de

deformaciones inelsticas. Como consecuencia se permite el diseo paraespectros reducidos.

El fundamento del diseo sismorresistente, basado en espectros reducidos porductilidad, est en lograr una estructura que tenga un comportamiento tan dctilcomo el supuesto al seleccionar el factor de ductilidad. En este sentido, las

verificaciones deben estar orientadas a eliminar la posibilidad de fallas frgiles.Se deber verificar que los desplazamientos totales de la estructura, los cualesincluyen la eventual componente inelstica, no excedan los valores permisiblesasignados a cada instalacin de manera de proteger su integridad y la de lasinstalaciones adyacentes.

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3.2 Estudios de Sitio

Las acciones ssmicas establecidas en estas especificaciones, son de aplicacintanto para el diseo de nuevas instalaciones, como para la adecuacin deexistentes, en el mbito del territorio nacional. En caso de instalacionesimportantes o en la cercana de fallas activas, se deben llevar a cabo estudios desitio en los cuales se hayan incorporado tanto el peligro s smico como lascaractersticas propias de los subsuelos locales.

3.3 Relaci n con Normas y otras Especificaciones

Estas especificaciones prevalecern sobre cualquier otra en lo que respecta a su

mbito de aplicacin.Las instalaciones y estructuras debern dimensionarse de acuerdo con lasnormas COVENIN vigentes, cuando sean aplicables y siempre que no colidan

con las especificaciones vigentes de PDVSA. En caso que colidan, estas ltimassern mandatorias. En las especificaciones particulares para el DiseoSismorresistente de cada instalacin se indicar su relacin con lasespecificaciones de materiales de PDVSA y de COVENIN.

Se debern utilizar las ltimas versiones de las normas ACI 318, AISCLRFD yAISCASD, hasta que sean publicadas las versiones oficiales actualizadas de lasNormas COVENIN 1753 y 1618.

3.4 Mediciones y Ensayos con Fines de Evaluacin

Cuando as lo requiera alguna organizacin de PDVSA, para la evaluacin decualquier instalacin se realizarn mediciones y ensayos conducentes a ladeterminacin de las propiedades mecnicas (estticas y dinmicas) de dichainstalacin o de algunas de sus partes. Igualmente, se ejecutarn los estudiosgeotcnicos que se requieran para determinar las caractersticas del subsuelo enel sitio.

3.5 Superposici n con otras AccionesCon fines de diseo y/o de verificacin, los efectos de la accin ssmica sesuperpondrn a los de otras acciones en la forma que se establece acontinuacin:

mCP ) nCV " qS (3.1)

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donde:

CP = efectos de las cargas permanentes.CV = efectos de las cargas de servicio y de operacin, incluidos efectos

trmicos, presin interna y eventuales vibraciones en rgimen deoperacin.

S = efectos del sismo, incluyendo las componentes ssmicas combinadassegn se estipula en la Seccin 10.

m y n = coeficientes que dependen del mtodo empleado en el diseo demiembros; pueden incorporar los efectos de la componente vertical delsismo. Estos coeficientes estn establecidos en las normas de diseocorrespondientes.

q = 1,0 cuando se usen mtodos basados en estados ltimos. Para el casoparticular de los sistemas contra incendio se adoptar q = 1,2.

Salvo que en las Especificaciones de Ingeniera de PDVSA se adopten otrosvalores, presentados en la Ecuacin (3.1), se utilizarn como mnimo las doscombinaciones siguientes:

1, 1 (CP) ) 1, 0 (CV) " 1, 0 (S) (3.1a)

0, 9 (CP) " 1, 0 (S) (3.1b)

4 CLASIFICACIN DE RIESGOS

4.1 Escala de Referencia

Toda instalacin a ser diseada y/o revisada deber clasificarse de acuerdo conla Escala de Clasificacin de Riesgos que se da en la Tabla 4.1. Para ello seseleccionar el Grado de Riesgo asociado con el rengln de consecuencias msdesfavorables descritas en dicha Tabla 4.1.

Cuando la falla de la estructura, equipo u otro componente afecte otra cercanade mayor Grado de Riesgo, se emplear para ambas el riesgo de sta ltima.

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TABLA 4.1

ESCALA DE CLASIFICACIN DE RIESGOS Y PROBABILIDADES ANUALES DEEXCEDENCIA DE LOS MOVIMIENTOS DEL TERRENO (P1)

CONDICIONES

Gradode Nmero de

Prdidas econmicas P1deRiesgo

Nmero depersonasexpuestas Materiales

LucroCesante

ImpactoAmbiental

(103)

A Pocas (< 10)Limitado a lainstalacin

Despreciable Poco o Nulo 2

B Importante(11 a 100)

La instalacin yalguna vecina

Significativo.Entre 1 y 50MMUS$

Recuperacinv 3 aos 1

CElevado nmero de

personas(100 a 500)

La instalacin ynumerosas

vecinas

Entre 50 y250 MMUS$

Recuperacin3 a 10 aos

0,5

D > 500 personasDe naturalezacatastrfica

> 250 MMUS$ Irreversible 0,1

4.2 Casos Dudosos

Cuando se presenten dudas en la seleccin del Grado de Riesgo, se adoptar elgrado de mayor riesgo.

4.3 Riesgos Temporales

Cuando se trate de instalaciones de servicio temporal, menos de 3 aos, queclasifican dentro del Grupo A se permitir un valor no mayor que P1 = 5 x 103.En caso de otros Grados de Riesgo se aplicarn los valores de la Tabla 4.1.

Para perodos de exposicin muy cortos, por ejemplo en caso de reparacin, losvalores de diseo sern justificados por estudios especiales de riesgo.

5 TERRENOS DE FUNDACIN

Estas especificaciones consideran cuatro formas espectrales tipificadas (S1 aS4) y un factor de correccin para el coeficiente de aceleracin horizontal (), loscuales dependen de las caractersticas del perfil geotcnico del terreno defundacin.

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5.1 Selecci n de la Forma Espectral y del Factor

La forma espectral y el factor se seleccionarn considerando a la Tabla 5.1,

donde:

H = Profundidad a la cual se consigue material con velocidad de ondas decorte, Vs, mayor que 500 m/s.

H1 = Profundidad desde la superficie hasta el tope del estrato blando (m): 0,25 H.

Vsp = Velocidad promedio de las ondas de corte en el perfil geotcnico (m/s).

= Factor de correccin del coeficiente de aceleracin horizontal.

TABLA 5.1

FORMA ESPECTRAL TIPIFICADA Y FACTOR

Material Vsp

(m/s)

H

(m)

Formaespectral

Roca sana /fracturada > 700 Cualquiera S1 0,85

Roca blanda o moderadamente 50 S1 0,90meteorizada > 400

> 50 S2 0,95

< 30 S1 0,90

Suelos muy duros o muy densos > 400 3050 S2 0,95

> 50 S3 1,00

< 15 S1 0,90

Suelos duros o densos 250400 1550 S2 0,95

5070 S3 (b) 1,00

> 70 S4 1,00

Suelos firmes/medio densos 170250 50 S2 (c) 1,00

> 50 S3 (b) 1,00

Suelos blandos/ sueltos < 170 15 S2 (c) 1,00

> 15 S3 (b) 1,00

Estratos blandos intercalados < H1 S2 1,00con otros suelos ms rgidos (a) < 170 > H1 S3 0,90

(a) El espesor de los estratos debe ser mayor que 0,1 H.(b) Si Ao 0,15, sese S4(c) Si Ao 0,15, sese S3

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5.2 Casos Especiales

Cuando existan suelos cuya resistencia se degrade o que experimenten cambiosvolumtricos bajo la accin de la solicitacin ssmica, se debern realizar estudiosparticulares para evaluar la respuesta dinmica del perfil y establecer la formaespectral y el coeficiente de aceleracin horizontal a utilizar en el diseo. Losmodelos utilizados para los anlisis debern reflejar los cambios en laspropiedades de dichos suelos por el efecto de la carga cclica.

5.3 Fundaciones, Muros y Taludes

Al respecto se deben seguir los criterios estipulados en la nueva versin deCOVENIN 1756, aplicando las acciones ssmicas establecidas en la Seccin 6 deestas especificaciones.

6 ACCIONES SSMICAS

6.1 Mapas de Amenaza Ssmica

A los fines del diseo y verificacin de instalaciones, se utilizarn los mapas depeligro ssmico de las Figs. 6.1 y 6.2. En dichos mapas se leern respectivamentelos valores de a* y correspondientes al sitio de inters; en caso necesariopodrn efectuarse interpolaciones lineales.

La aplicacin de las opciones dadas en la Seccin 6.2 est limitada aperodos medios de retorno entre 200 y 2.000 aos; es decir: 5 x 103 P1 0,5x 103. Cuando se trate de instalaciones de importancia excepcional o cuando

clasifiquen como Grado de Riesgo D, se proceder a realizar estudios especiales(vase Seccin 3.2).

6.2 Aceleraci n Horizontal Mxima del Terreno

6.2.1 Opcin 1

La aceleracin horizontal mxima del terreno (a), en cm/s2, se obtiene a partir de

la frmula 6.1:

a + a * * I n ( 1 * p1) *1

g (6.1)

donde :

p1 = Probabilidad anual de excedencia dada en la Tabla 4.1.

a*, = Valores obtenidos de los Mapas de Amenaza Ssmica dados en laSeccin 6.1.

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FIG. 6.1 MAPA AMENAZA SISMICA, VALORES DE a*

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FIG. 6.2 MAPA AMENAZA SISMICA, VALORES DE

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6.2.2 Opcin 2

Cuando se establezcan los valores de P* y t:

a + a * * ln (1* P* ) t *1g (6.2)

donde:

P* = Probabilidad de excedencia durante el tiempo t.

t = Vida til de la instalacin, en aos.

a*, = Valores obtenidos de los Mapas de Amenaza Ssmica dados en laSeccin 6.1.

En la Ecuacin (6.2), P* se puede obtener a partir de la probabilidad anual (p1):p1= 1 (1P*)1/t y esta no ser mayor que la de la Tabla 4.1. La inversa de p1es igual al perodo medio de retorno (aos).

6.3 Espectro de Respuesta ElsticaPara cada forma espectral tipificada de subsuelo definido en la Seccin 5, losespectros de respuesta a utilizar en el anlisis, estn dados en la Fig. 6.3, donde:

Ad : Aceleracin espectral dividida por la aceleracin de gravedad (g).

g : Aceleracin de gravedad.Ao : Coeficiente de aceleracin mxima del terreno. Es igual a laaceleracin a determinada en la Seccin 6.2 dividida por laaceleracin de gravedad (g).

Ao + ag (6.3)

, T , T* dependen del perfil tpico del subsuelo y se dan en la Tabla 6.1.

* es el factor de amplificacin espectral que depende del amortiguamiento delsistema en consideracin y viene dado por:

b* +b

2, 3( 0, 0853 * 0, 739 In z) (6.4)

donde es el coeficiente de amortiguamiento referido al crtico. Estos coeficientesestn establecidos en las especificaciones de ingeniera para el diseo deestructuras y equipos especficos.

Los espectros de respuesta elstica, son iguales a los espectros de diseo de laSeccin 7 para D = 1.

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b*Ao

b*AoT*T0,8

b*AoT*3 0,8

3T2,1

Ao1) TTo b** 1

T (s)3T*Too

Ad

Ao

FIG. 6.3 ESPECTRO DE RESPUESTA ELSTICA

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TABLA 6.1

VALORES QUE DEFINEN LA FORMA DEL ESPECTRO

Forma espectral T

(s)

T*

(s)

S1 2,4 0,1 0,4

S2 2,6 0,20 0,8

S3 2,8 0,30 1,2

S4 3,0 0,40 1,6

6.4 Historias de AceleracionesLa accin ssmica puede ser definida en trminos de historias de aceleraciones(acelerogramas) para cada una de las componentes ortogonales del movimiento.Para ello se podrn utilizar acelerogramas registrados o simulados. La intensidadde estos acelerogramas debe ser consistente con los espectros de respuestaelstica especificados en la Seccin 6.3; en el rango de frecuenciascaractersticas de la instalacin considerada, las ordenadas del espectro derespuesta para el acelerograma seleccionado deben aproximarseconservadoramente a las ordenadas del espectro de respuesta especificado enla Seccin 6.3. La duracin total del acelerograma ser consistente con laintensidad de la accin ssmica prescrita.

6.5 Componentes del Movimiento

Los movimientos ssmicos de diseo actan simultneamente en tres direccionesortogonales entre s: dos direcciones horizontales y la direccin vertical. Susefectos se combinan en la forma que se establece en la Seccin 10.

Cada una de las componentes horizontales queda descrita por el espectro de

respuesta elstica especificado en la Seccin 6.3. El espectro de la componentevertical es igual al espectro de las componentes horizontales multiplicado por0,70. Cuando se trate de fundaciones profundas, la aceleracin vertical delterreno se tomar igual a 0,70 del valor del coeficiente de aceleracin horizontalmximo Ao y el espectro de respuesta elstica correspondiente a lascaractersticas del estrato prevaleciente en la punta de los pilotes.

Cuando la accin ssmica est definida en trminos de historias de aceleraciones(Seccin 6.4), se recomienda que los acelerogramas en las tres direccionesortogonales sean estadsticamente independientes.

Cuando las dimensiones en planta del sistema de fundaciones de la estructuraexceda los 60 metros, debern efectuarse anlisis que consideren las

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componentes rotacionales del movimiento del terreno inducidas por los

diferentes tiempos de llegada de las componentes traslacionales.Alternativamente, se podr omitir este anlisis si se divide la estructura y sufundacin, en porciones independientes que no superen los 60 metros delongitud.

6.6 Desplazamientos Permanentes de Fallas Activas

El mximo desplazamiento permanente esperado en fallas tectnicas activas de

tipo transcurrente ( d ), como las que predominan en Venezuela, se calcular deacuerdo con la expresin siguiente:

log d + 0,5 Ms * 1, 4 6 v Ms v 8 (6.5)

donde ( d ) viene dado en cm y Ms es la mxima magnitud Richter asociada a lafalla en cuestin. La desviacin estndar del (log d ) es igual a 0,25.

6.7 Otras Acciones Ssmicas

Cuando proceda, en los estudios de sitio se evaluar la peligrosidad asociada aotras acciones ssmicas que no se consideren remotas, como puede ser el casode maremotos, desplazamientos permanentes del terreno y seiches.

7 ESPECTROS DE DISEOLas ordenadas Ad de los espectros de diseo que incorporan los efectosinelsticos, quedan definidas en la forma siguiente:

Si:

T t T) : Ad +Ao 1) TT) b* * 1

1) TT)c(D* 1) (7.1)

Si:

T) v T v PT* : Ad + Ao b*

D(7.2)

Si:

T* v T v 3 : Ad + Ao b*

DT*

T0,8 (7.3)

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Si:

T u 3 : Ad + b Ao

DT*

30,8 3

T2,1 (7.4)

donde:

Ad = Aceleracin espectral dividida por la aceleracin de gravedad (g).T = Perodo de la estructura, en segundos.

Ao = Coeficiente de la aceleracin horizontal mxima del terreno, calculadaen la Seccin 6.2.

*,T0, T*= Parmetros que definen el espectro de respuesta elstica (Seccin

6.3).

T+ = Perodo caracterstico del espectro inelstico, dado en la Tabla 7.1.D = Factor de Ductilidad, dado en la Especificacin de Ingeniera

correspondiente a la instalacin en referencia.

c + Db*

4 (7.5)

TABLA 7.1

VALORES DE T+ (SEGUNDOS)

D < 5 0,1 (D1)

D 5 0,4

Se debe cumplir To T+ T*

8 MODELADO

El modelo matemtico que se utilice para idealizar la estructura real debe simularadecuadamente sus propiedades tales como geometra, masas, dimensiones demiembros, materiales, etc. En particular, en el modelo se deben incluir todos

aquellos componentes que, an cuando sean considerados comonoestructurales, pueden influenciar las masas, rigideces y capacidad dedisipacin de energa de la estructura real.

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8.1 Instalaciones Soportadas sobre Estructuras

En el caso de instalaciones soportadas sobre estructuras o no apoyadasdirectamente sobre el terreno, se deber incorporar en el modelo el conjuntoestructurainstalacin siguiendo los lineamientos de las Secciones 8.2 y 8.3,salvo que se empleen espectros de piso debidamente justificados.

8.2 Masas

En el modelo matemtico se debern incluir todas aquellas masas que tengancarcter permanente, tales como las de los miembros y componentesestructurales, equipos e instalaciones fijas, paredes y tabiques, pavimentos,rellenos, revestimientos y frisos, as como los materiales almacenados concarcter permanente (vase Norma COVENIN 2002).

Igualmente, se incluirn las cargas variables correspondientes al nivel deoperacin. En ausencia de informacin para sobrecargas en reas, seincluir el 25% de las cargas de diseo definidas en la Norma 2002.

En el modelo, las masas sern distribuidas en forma discreta en un nmerosuficiente de juntas de manera de aproximar su distribucin real. Asimismo, elnmero de masas y los grados de libertad dinmicos asignados a cada una,deben permitir la presencia de los modos de vibracin que tengan unacontribucin significativa a la respuesta dinmica.

En el caso de edificios con diafragmas horizontales de gran rigidez en su plano,las masas pueden ser concentradas en los centros de masa de cada diafragma,incluyendo la porcin contribuyente de vigas, muros y columnas y elementosnoestructurales, para efectos de definir su respuesta dinmica ante lascomponentes horizontales del sismo.

En los casos de recipientes de lquidos, se deber evaluar la incidencia de losefectos hidrodinmicos inducidos por las oscilaciones del lquido.

8.3 Propiedades Mecnicas

Las propiedades mecnicas corresponden a la estructura en su estado sindaos, asociadas a un modelo lineal y elstico. Los mdulos de elasticidad y dedeformacin transversal son los previstos en las correspondientes normas dediseo. Slo cuando se utilicen los mtodos de anlisis dados en la Seccin 9.4,se requieren las propiedades inelsticas de los elementos estructurales.

En elementos de concreto armado, se acepta el uso de la inercia asociada a laseccin agrietada siempre que se incluya la contribucin de todos aquelloscomponentes, estructurales o no, que puedan tener incidencia en la rigidez globaldel sistema estructural.

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El modelo matemtico deber incorporar todas aquellas deformaciones de los

miembros y sus juntas que tengan una influencia no despreciable en la respuestassmica, tales como las debidas a flexin, corte, fuerza axial y torsin.

Deber evaluarse la importancia que puedan tener las paredes y tabiques derelleno en la eventual modificacin de la rigidez y resistencia de la estructura, eincorporarlas en el modelo matemtico si tienen una influencia no despreciable.Atencin especial amerita la presencia de paredes discontinuas que puedan darlugar a situaciones de las denominadas de columna corta que deben serevitadas en lo posible.

Los elementos que definen la vinculacin entre la fundacin y el terreno debernser congruentes con la deformabilidad del suelo y de la estructura. Las

propiedades mecnicas de los suelos debern obtenerse a partir de estudios decampo.

Los coeficientes de amortiguamiento estn dados en las especificacionesparticulares de cada instalacin. Si no es el caso, stos pueden determinarsemediante procedimientos experimentales o a partir de valores de sistemassimilares. Para aquellas instalaciones que requieran de una evaluacin de laseguridad, los coeficientes de amortiguamiento utilizados en el modelomatemtico debern basarse en los resultados de ensayos. Si se conocen losdiferentes valores de amortiguamiento para las componentes del sistema y se

desconoce el valor del amortiguamiento del sistema completo, el modelo

matemtico debe incorporar el valor que conduzca a resultados conservadores.

9 MTODOS DE ANLISIS

9.1 Criterios Generales

El anlisis del sistema debe incorporar los efectos de las dos componenteshorizontales y de la componente vertical del movimiento ssmico actuandosimultneamente, calculados de acuerdo con las Secciones 4, 5, 6 y 7 de estasespecificaciones. Para el anlisis, se pueden utilizar los mtodos descritos acontinuacin u otros de rigor equivalente, previamente aprobados por PDVSA.

En cada uno de estos mtodos de anlisis, se deben incluir los efectos P y sepueden incluir los efectos de la interaccin sueloestructura. Losdesplazamientos totales se obtienen multiplicando por la ductilidad (D), losdesplazamientos obtenidos del anlisis elstico.

9.2 M todos de Anlisis Dinmico para Sistemas Elsticos

En estos mtodos, la estructura es modelada mediante un sistema lineal yelstico, con propiedades dinmicas (perodos y modos de vibracin)

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correspondientes a los de la estructura con su rigidez inicial, teniendo presente

las excepciones indicadas en el Art. 8.2.9.2.1 Anlisis Modal con Espectro de Respuesta

En este mtodo de anlisis, la mxima respuesta dinmica de la estructura seobtiene a partir de la combinacin de las respuestas mximas en cada modo devibracin. Los perodos y modos de vibracin se determinan con las rigideceselsticas segn se indic en la Seccin 8.2.

El nmero de modos (Nm) a incorporar debe ser tal que la suma de sus masasparticipativas no sea menor que el 90% de la masa total de la estructura, paracada una de las tres componentes ssmicas traslacionales.

Todas las solicitaciones de inters en la estructura sern determinadas en cadauno de los modos de vibracin y combinadas segn describe a continuacin.

El mximo valor de respuesta dinmica (R) ante la accin de una componentessmica cualquiera, se determina combinando los valores mximos modales (Rio Rj) segn el criterio de la combinacin cuadrtica completa:

R + Nm

i

Nmj

Cij Ri Rj

12

(9.1)

donde: la doble sumatoria se efecta para todos los Nm modos de inters. Debesealarse que en laEcuacin (9.1) los valores Riy Rj deben incluirse con su signocorrespondiente.

Cij es el coeficiente de correlacin entre los modos i y j dado por :

Cij +2(1 ) r)r1,5

100(1 * r2)2 ) r(1 ) r)2(9.2)

donde r = Tj / Ti es el cociente entre los perodos de los modos i yj.

9.2.2 Anlisis Dinmico con Acelerogramas

Se debern considerar como mnimo tres acelerogramas para cada direccin dela accin ssmica. Cuando se utilice el mtodo de anlisis modal, el nmero demodos a incorporar debe ser tal que la suma de sus masas participativas no seamenor que el 90% de la masa total de la estructura. La mxima respuesta delsistema se puede obtener del promedio de las mximas respuestas para cadaacelerograma. Los acelerogramas a usar deben satisfacer los requerimientosespecificados en la Seccin 6.4.

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9.3 M todos Estticos para Anlisis Elstico

Los mtodos de anlisis esttico se podrn emplear para determinar las fuerzassobre la estructura debidas a las componentes horizontales del sismo, en loscasos que se indican a continuacin:

9.3.1 Sistemas Rgidos

En estructuras o sistemas que por su rigidez se mueven en forma solidaria conel terreno, tales como compresores reciprocantes o bombas fijadas a fundacionesmasivas, las fuerzas ssmicas se obtienen del producto de su masa (W/g) porla mxima aceleracin del terreno (Ao.g); el valor de Ao se obtiene de la Ecuacin(6.3), Seccin 6.3.

Esta fuerza debe distribuirse sobre los diversos componentes del sistema,proporcionalmente a la distribucin de sus masas.

9.3.2 Sistemas Flexibles

En estructuras de altura limitada y en aqullas donde se autoricen procedimientossimplificados, se emplear uno de los dos mtodos que se dan a continuacin:

a. Mtodo Simplificado

Las fuerzas ssmicas totales (V0) se calcularn de acuerdo con la expresin:

V0 + b*

A02D * 1

W (9.3)

donde:

W +N

i+1

Wi (9.4)

Wi : Peso de cada nivel o de las partes en las que se ha dividido laestructura.

* : Valor a calcular segn la Ecuacin 6.4.V0 : Fuerza cortante en la base, en direccin horizontal.

A0 : Coeficiente de la aceleracin mxima del terreno (Seccin 6.3).

D : Factor de ductilidad, dado en la especificacin de ingenieracorrespondiente.

W : Peso total.

Las fuerzas laterales de diseo estn dadas por la siguiente expresin:

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Fi + V0WiHi

Nj+1

Wjhj

(9.5)

donde:

Fi = Fuerza lateral en el nivel o junta i.

hj = Altura del nivel o junta i respecto al nivel de base.

N = Nmero de niveles o juntas.

b. Mtodo Esttico Equivalente

En este mtodo, la accin ssmica se modela mediante un conjunto de fuerzaslaterales aplicadas estticamente, sobre las juntas en las cuales se haconcentrado el peso tributario de la misma.

Perodo Fundamental

El perodo fundamental de vibracin se determina a partir de la siguienteecuacin:

T + 2p

Ni+1

wiui

2

gN

i+1

fiui

12

(9.6)

siendo:

T = Perodo fundamental, en segundos.N = Nmero de juntas que constituyen la estructura.wi = Peso tributario asociado a la junta i.

fi = Fuerza lateral esttica actuando sobre la junta i, cuya magnitud estdada por la Ecuacin (9.7).

ui = Desplazamiento lateral de la junta i debido a la aplicacin del conjuntode N fuerzas estticas definidas por la Ecuacin (9.7).

g = Aceleracin de gravedad.

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La fuerzas laterales para el clculo del perodo se determinan a partir de:

fi + CWihi

Nj+1

Wjhj

(9.7)

donde :

hi, hj= Altura de la junta i o j, medida con respecto al nivel de base de laestructura, o nivel de desplazamiento lateral nulo.

C = Constante arbitraria, en unidades de fuerza. Por ejemplo, 1 t 1000 kg.

La suma de todas las fuerzas laterales fi es igual al valor de la constanteC.

fi = fuerza lateral en la junta i, para el clculo del perodo.

Fuerza Cortante en la Base

La fuerza cortante en la base de la estructura se determina a partir de la ecuacinsiguiente:

V0 + mAdW (9.8)

donde:

Ad = Ordenada del espectro de diseo definida en la Seccin 7 para el valordel perodo fundamental T calculado segn la Ecuacin (9.6).

W = Peso total de la estructura.

= Factor de reconciliacin dinmico, dado por el mayor valor entre loscalculados mediante las Ecuaciones (9.9) y (9.10).

m + 1, 6

NN) 9

2NN) 14 (9.9)

m + 0,14 TT** 1) 0, 70 (9.10)

NN = Nmero total de niveles, donde se han concentrado los pesos.

T* = Perodo caracterstico del espectro de diseo definido en la Seccin7.

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Distribucin Vertical de Fuerzas Laterales

Las fuerzas laterales de diseo a ser aplicadas en cada junta de la estructuraestn dadas por la siguiente ecuacin:

Fi + V0WiHi

1,5

Nj+1

Wjhj1,5

(9.11)

Fi: Fuerza lateral aplicada en la junta i.

i: Vara desde 1 hasta N.N: Nmero total de juntas.

Wi Wj: Peso tributario asociado a la junta i o j.

hi hj: Altura de la junta i o j, medida con respecto al nivel de base.

Vo: Fuerza cortante basal dada por la Ecuacin (9.8).

9.3.3 Los efectos de la componente vertical deben incorporarse en el diseo deacuerdo con el procedimiento dado en la Seccin 10.

9.4 M todos de Anlisis InelsticoEstos mtodos representan una opcin ms refinada de anlisis, la cual serecomienda en aquellos casos de estructuras especiales en donde se desee unaidentificacin ms precisa de las zonas crticas y un clculo ms realista de lasdemandas de ductilidad, tanto locales como globales, y de los mecanismos defalla de la estructura.

9.4.1 Anlisis Esttico Inelstico

La estructura ser sometida a un vector de cargas laterales cuya magnitud sehace variar monotnicamente desde cero hasta alcanzar la falla o estado ltimo

de la estructura. La distribucin de estas cargas se obtiene de aplicar la Ecuacin(9.5).

9.4.2 Anlisis Dinmico Inelstico

El movimiento ssmico se describe en trminos de acelerogramas que satisfaganlos requerimientos dados en la Seccin 6.4 Se usar un nmero no menor de tresacelerogramas, independientes entre si.

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La estructura ser analizada mediante un procedimiento de integracin directa de

la ecuacin diferencial que describe su respuesta dinmica (mtodos paso apaso), para cada acelerograma. La respuesta dinmica probable se obtendr depromediar las respuestas obtenidas para todos los acelerogramas.

Los parmetros de respuesta a controlar son las demandas de ductilidad, laenerga disipada y el nmero de ciclos inelsticos.

9.5 mbito de Aplicacin

El mbito de aplicacin de los Mtodos de Anlisis se indicar en la especificacinparticular para el Diseo Sismorresistente de cada instalacin.

10 COMBINACIN DE LOS EFECTOS DEBIDOS A LA ACCIN

DE LAS TRES COMPONENTES SSMICAS

Para determinar los efectos de la accin simultnea de las tres componentes delsismo, puede utilizarse uno cualquiera de los dos criterios siguientes, en dondese supone que cada componente ssmica est actuando segn una de lasdirecciones principales de la estructura:

a. La solicitacin final de diseo en un punto y en una direccin debida a la

accin simultnea de las tres componentes del sismo, quedar definidacomo la raz cuadrada de la suma de los cuadrados de las solicitacionescorrespondientes a cada una de las componentes del sismo. El resultadodeber considerarse con ambos signos (positivos y negativos) para efectosde su combinacin con otras acciones de diseo.

b. La solicitacin final de diseo debida a la accin simultnea de las trescomponentes del sismo, se obtiene de combinar los valores del 100% de lasolicitacin debida a sismo en una direccin, con el 30% de cada una de lassolicitaciones debidas a sismo en las otras dos direcciones ortogonales.Este criterio implica la consideracin de tres casos correspondientes a la

asignacin del 100% en cada una de las tres direcciones. En la combinacinse deben considerar todos los signos posibles.

11 ELEMENTOS ESPECIALES DE PROTECCIN SSMICA

Son aquellos sistemas especialmente diseados para ser incorporados dentro dela estructura con la funcin de reducir las fuerzas ssmicas sobre la misma; entreellos se tienen los sistemas de aislamiento y los de disipacin de energa, tantolos del tipo pasivo como los del tipo activo.

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11.1 General

El diseo de estructuras cuyo buen comportamiento reposa en el uso de estoselementos, debe garantizar la seguridad de la misma para movimientos ssmicoscon una intensidad 30% mayor que las establecidas en esta especificacin.

Igualmente se debe verificar el buen funcionamiento de estos elementos cuandola estructura est sujeta a los vientos de diseo.

En la construccin se dejarn los accesos necesarios para efectuar inspeccionesperidicas de estos elementos.

11.2 Propiedades Mecnicas

El comportamiento de estos elementos deber estar sustentado por ensayos quedemuestren sus propiedades de rigidez y disipacin de energa bajo cargasverticales y ante suficientes ciclos de deformaciones alternantes, as como suestabilidad en el tiempo y su buen comportamiento ante cambios de temperatura,incendio, fatiga, efectos geolgicos, envejecimiento y exposicin a sustanciasqumicas.

En particular, las propiedades de rigidez y amortiguamiento del elemento a utilizaren el diseo y anlisis de la estructura, debern fundamentarse en ensayoshechos en una muestra seleccionada antes de la construccin. En estos ensayos,los elementos debern ser capaces de resistir las cargas y deformacionesimpuestas por un movimiento ssmico con una severidad 30% mayor que la

indicada en esta especificacin.

11.3 An lisisEl clculo de estructuras que incorporen estos elementos deber efectuarsemediante el uso de un mtodo de anlisis dinmico espacial cnsono con laspropiedades lineales y nolineales de los elementos y la estructura, incluyendolas tres componentes traslacionales del sismo.

Para el clculo de las fuerzas de diseo sobre la estructura se adoptar un factorde ductilidad D no mayor que 1/2 del valor que resultara de disear la estructurasin estos elementos, y se adoptar la condicin de mxima rigidez de los

elementos. Para el clculo de los desplazamientos, se adoptar la condicin demnima rigidez de los elementos.

12 INSTALACIONES EXISTENTES

12.1 Prop sito y AlcanceEn este captulo se establecen los criterios de evaluacin estructural que debenseguirse para la adecuacin, remodelacin, rehabilitacin, reforzamiento oreparacin de una instalacin existente.

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Estos criterios deben aplicarse en conjunto con el resto de las prescripcionescontenidas en esta especificacin, con la excepcin de las modificaciones queaqu se introducen.

12.2 Niveles de Adecuacin

Las instalaciones que de acuerdo con la Seccin 4 clasifiquen en el Grado deRiesgo C D, debern adecuarse para cumplir, como mnimo, todos losrequerimientos de estas especificaciones.

Para los casos restantes, como alternativa podrn realizarse estudioscostobeneficio que justifiquen valores diferentes.

12.3 Informaci n Requeridaa. Cuando se disponga de documentos (planos, clculos, registro de la

construccin, etc.) de la estructura original, debe constatarse que dichodocumento describa la instalacin construida. Para ello deben efectuarseexploraciones en lugares representativos de la instalacin.

b. Se investigar asimismo la historia de cualesquiera solicitaciones oacciones excepcionales sobrellevadas por la instalacin para as definir suestado real, tales como: asentamientos, sobrecargas excesivas, vientosfuertes, sismos, incendios, corrosin, daos estructurales o no

estructurales, filtraciones, y modificaciones o reparaciones efectuadas enla obra.

c. Las propiedades mecnicas de los materiales se basarn en los reportes deinspeccin y documentos de clculo originales, que deben ser corroboradosadecuadamente. En caso necesario, se proceder a efectuar las pruebasde campo que sean necesarias tales como las estipuladas en el Captulo 17de la Norma COVENIN 1753, para el caso de concreto armado.

12.4 Criterios Generales para la Evaluacin de Instalaciones Existentes

La evaluacin ssmica de instalaciones existentes se regir entre otros, de

acuerdo con los siguientes criterios generales:

a. Una vez definido el modelo para el anlisis ssmico, se identificarn lassecciones criticas asociadas a los posibles mecanismos de falla. Seprestar particular atencin a las posibles fallas prematuras de tipo frgil.

b. El valor de D asignado a la instalacin debe justificarse en trminos delcomportamiento esperado, tomando en consideracin informacinconfiable sobre las condiciones reales de las propiedades de la estructura.Los valores de la ductilidad D establecidos en las especificaciones de

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ingeniera para instalaciones similares, deben considerarse como valores

mximos.c. En la verificacin de la seguridad para sistemas con D >1, se deber dejar

claramente expresado el mecanismo que controla la absorcin y disipacinde energa del sistema analizado.

d. Se tomar en consideracin el estado actual de la construccin o instalacinen los aspectos citados en la Seccin 12.3.b.

e. Cuando, como resultado de la evaluacin detallada, se compruebe la fallade algn elemento, se proceder a investigar el efecto que tenga sobre laestabilidad del sistema estructural en consideracin. Si se concluye que laestabilidad queda comprometida, se podrn tomar las medidas de refuerzopertinentes o, alternativamente, proceder al uso de modelos inelsticos, enconjunto con el Mtodo de Anlisis Dinmico con Acelorogramas (Seccin9.2.2), a fin de evaluar, con mayor precisin, los daos esperados y laconfiabilidad real del sistema existente.

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ANEXO 1. COMENTARIOS

C.1.1 Alcance

Estas especificaciones son generales y pueden ser aplicadas a la gran mayorade estructuras de PDVSA: tanques, plataformas costa afuera, muelles,recipientes, tuberas, etc. Las limitaciones correspondientes a casos especficosse dan en las especificaciones particulares para el Diseo Sismorresistente; enestas se indican las caractersticas propias de cada instalacin y singularidadestales como: amortiguamientos, efectos hidrodinmicos, criterios para laverificacin de la seguridad, ductilidades, etc.

Tomando en consideracin la necesidad de adecuar instalaciones existentes,diseadas y construidas con especificaciones ssmicas menos exigentes, se haampliado el mbito de aplicacin de estas especificaciones al proyecto derefuerzos, modificacin, y/o reparacin de tales instalaciones.

Esta especificacin no es aplicable a instalaciones de PDVSA en el exterior, amenos que la divisin propietaria solicite un estudio de peligro ssmico, a fin deque los diseos finales tengan un riesgo no mayor que las instalaciones situadasen el pas.

En general, el objetivo de las presentes especificaciones es el de establecermtodos y procedimientos para el diseo de instalaciones de PDVSA contra

acciones ssmicas intensas. Se tiende a minimizar as el riesgo de prdidas devidas, de prdidas materiales y contaminacin catastrfica. En la seleccin de losparmetros de diseo se ha intentado lograr grados comparables de riesgos deexcedencia, independientemente de la localidad y de las condiciones del sitio.

An cuando los movimientos ssmicos de diseo no son necesariamente los msintensos que se puedan concebir en las reas estudiadas, la probabilidad deexcedencia durante la vida til de las instalaciones se ha consideradosuficientemente pequea.

Bajo la accin de los sismos de diseo es previsible que ocurran algunos daos,generalmente limitados a elementos de fcil reparacin. Para movimientos queexcedan los valores de diseo, se persigue que la probabilidad de ruina oinestabilidad sea muy pequea.

La seleccin adecuada de los movimientos del terreno debe entenderse como uncomplemento y no un substituto de un buen diseo y ejecucin, as como de unainspeccin cuidadosa.

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C.3 REQUERIMIENTOS GENERALES

C.3.1 Estrategia de Diseo

En concordancia con la filosofa de otras especificaciones (Ref. 3.1) las accionesssmicas a considerar en el diseo dependen del desempeo esperado de lainstalacin y de las posibles consecuencias de su mal funcionamiento. De aquque, por ejemplo, en el diseo de un tanque cilndrico metlico de pared delgada,apoyado en el terreno, las acciones ssmicas dependern de las consecuenciasde desempeo: las acciones son distintas si este almacena agua potable, aguacontra incendios productos inflamables (vase C.4.1). Estas diferencias sonan mayores si, como consecuencia de una eventual falla, hay un gran nmero

de personas o propiedades amenazadas por una eventual catstrofe (vaseTabla 4.1, Grado de Riesgo). Como consecuencia de lo anterior, en aquellasinstalaciones de mayor riesgo, se utilizarn movimientos de diseo ms intensosasociados a una menor probabilidad de excedencia, a fin de disminuir las

probabilidades de alcanzar estados de falla durante su vida til.

La experiencia de sismos pasados demuestra que bajo la accin de movimientosintensos, puede ser conveniente tolerar incursiones moderadas en el rango de

deformaciones inelsticas. Estas, que constituyen daos limitados y reparables,son fuente de disipacin de energa lo cual permite reducir la respuesta a lasacciones dinmicas.

C.3.2 Estudios de Sitio

Los mapas de peligro ssmico constituyen una evaluacin generalizada a nivelnacional, tomando en consideracin la mejor informacin sismotectnicadisponible (vase C.6.1). Los efectos del subsuelo local tambin se hanestablecido con base en condiciones generalizadas, que se dan en la Seccin 5de estas especificaciones. Por tal motivo, en instalaciones de singularimportancia, estas acciones pueden ser sustituidas por aquellas que resultan deestudios, en los cuales se incorpore tanto el peligro ssmico de la localidad, comolas caractersticas particulares del subsuelo local. Igualmente, se deben evaluarotras acciones ssmicas posibles en el sitio, tales como maremotos,deslizamientos del terreno, etc.

C.3.3 Relacin con Normas y otras Especificaciones

Dada la naturaleza de las acciones ssmicas y las caractersticas propias de cadaregin, las presentes especificaciones prevalecen sobre cualquier otra parainstalaciones de PDVSA, tanto en las acciones ssmicas a considerar en eldiseo, como en el resto de su contenido.

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Se asume que las instalaciones y estructuras han sido dimensionadas de acuerdo

con las normas COVENIN vigentes, las cuales son de obligatorio cumplimientoen el territorio nacional, salvo que PDVSA haya especificado criterios propios msexigentes.

C.3.4 Mediciones y Ensayos con Fines de Evaluacin

En la evaluacin de instalaciones existentes, el modelado puede sercomplementado, en forma conveniente, por mediciones en el sitio. Sonfrecuentes las mediciones de perodos y/ amortiguamiento, bien sea bajorgimen de vibracin ambiental, vibracin libre o vibracin armnica, as como ladeterminacin de propiedades de los materiales.

C.3.5 Superposicin con otras Acciones

Los criterios de superposicin establecidos son consistentes con losprocedimientos especificados para el clculo de los efectos debidos a sismos.Los factores de carga m y n dependen de los mtodos de diseo o de verificacina ser usados en cada caso, y estn dados en las normativas correspondientes.

Las acciones ssmicas indicadas en esta especificacin estn referidas a nivel decedencia. Por tanto, en los mtodos de dimensionamiento de secciones basadosen estados ltimos, los efectos de la accin ssmica no deben ser mayorados:q = 1. Para el caso particular de los sistemas contra incendio, sus fijaciones y

soportes, se exige q =1,20 para asegurar su operatividad. Cuando laespecificacin particular permita el empleo de mtodos basados en esfuerzosadmisibles, los efectos de la accin ssmica pueden ser reducidos: q < 1.

C.4 CLASIFICACIN DE RIESGOS

C.4.1 Escala de Referencia

La definicin del grado de riesgo que permite establecer la probabilidad deexcedencia anual de la aceleracin de diseo, se hace con base en lasconsecuencias de un accidente causado por el mal funcionamiento de la

estructura. Estas consecuencias incluyen: las personas expuestas, las prdidaseconmicas y el impacto ambiental, para lo cual se consideraron las Ref. 3.1 y 3.2.

En la seleccin del Grado de Riesgo es mandatoria la condicin msdesfavorable. As, si una instalacin amenaza a un nmero muy limitado deoperarios, pero cuyo derrame pueda dar lugar a cuantiosas prdidas econmicasdirectas e indirectas, o generen un impacto ambiental desfavorable, debe serclasificada dentro del grado de riesgo C D segn sea el caso.

C.4.2 Casos Dudosos

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En situaciones insuficientemente definidas, o que puedan quedar sujetas a

cambios importantes en el futuro cercano, al seleccionar el grado de riesgo esrecomendable adoptar criterios conservadores.

C.5 TERRENOS DE FUNDACIN

Es un hecho reconocido que las condiciones locales del subsuelo pueden

modificar las caractersticas de los movimientos del terreno, se ha comprobadoen numerosos registros acelerogrficos obtenidos tanto en superficie como adiferentes profundidades de depsitos aluvionales; las formas espectralesdifieren sensiblemente, con lo cual los efectos esperados son tambin distintos(Ref. 5.1, 5.2 y 5.3).

Resulta complejo incorporar la contribucin de todos los factores que influyen enel movimiento del terreno en un sitio dado, y se requiere un criterio cuidadoso para

estimar sus efectos particulares. Entre los factores que afectan el contenido defrecuencias, las amplitudes y la duracin del movimiento, se pueden mencionarlos siguientes: la presencia de depsitos aluvionales, la no homogeneidad entrelos distintos estratos, las propiedades inelsticas de los suelos, la distancia de lasfuentes y la topografa del sitio (Ref. 5.1, 5.2, 5.3 y 5.4). Los efectos inelsticosalcanzan a ser muy importantes bajo ciertas condiciones y pueden atenuar, en

lugar de amplificar, los movimientos en la superficie respecto a los movimientosen el lecho rocoso.

La influencia del suelo local en las formas espectrales tipificadas dadas en laSeccin 5.1 se considera independiente de la intensidad del movimiento y enconsecuencia de la zona ssmica. En la medida en que los depsitos estnconstituidos por suelos ms blandos, se hace mayor la influencia de lascomponentes de perodo ms largo del movimiento, especialmente en el rangode perodos entre 0,5 y 2,0 segundos.

C.5.1 Seleccin de la Forma Espectral y del Factor

Caractersticas del perfil geotcnico y su respuesta dinmica

La respuesta dinmica de un depsito de suelo depende de las caractersticasdel perfil geotcnico y de la zona ssmica donde el mismo est ubicado. Engeneral, para fines de ingeniera resultan de inters las aceleraciones espectralesy la aceleracin mxima en la superficie del terreno.

Ahora bien, a objeto de lograr la adecuada tipificacin de la respuesta dinmicade los perfiles geotcnicos, los espectros de respuesta se deben generalizar eidealizar de acuerdo con los parmetros inherentes al suelo y a la forma deldepsito, los cuales controlan la respuesta dinmica. Es importante destacar quelos conceptos de perfil geotcnico y forma espectral no deben ser considerados

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como sinnimos, debido a que muchos perfiles geotcnicos pueden tener

respuestas similares o el mismo depsito puede tener respuestas diferentes antesismos lejanos y cercanos.

En la Tabla C.5.1 se indican los dos parmetros ms importantes que controlanla respuesta dinmica de los perfiles geotcnicos, los cuales han permitido latipificacin de las formas espectrales. En la elaboracin de dicha tabla se hantomado en consideracin: (i) los efectos importantes observados duranteterremotos ocurridos en los ltimos 30 aos; (ii) lo establecido en las normas deotros pases; y (iii) los estudios ms recientes sobre efectos de sitio en larespuesta dinmica de perfiles geotcnicos (vase Comentarios al Captulo 5 deCOVENIN 175698).

En la Tabla C.5.1, la velocidad de las ondas de corte es el parmetro de mayorimportancia para definir las caractersticas de la respuesta de un perfil, y se danalgunos valores caractersticos.

TABLA C.5.1

CORRELACIN DE VS CON LA COMPACIDAD Y LA RESISTENCIA A LAPENETRACIN PARA SUELOS Y ROCAS

Descripcin del material N1 (60)

(a)

Velocidad propagacin deondas de corte

(m/s)

Suelos blandos o sueltos

(muy baja rigidez)

N1 (60) < 10 Vs < 170

Suelos firmes o medianamentedensos (baja rigidez)

10 N1 (60) 20 170 vs. 250

Suelos duros o densos

(Medianamente rgidos)

20 N1 (60) 50 250 vs. 400

Suelos muy duros o muy densos

(rgidos)

N1 (60) > 50 vs. > 400

Roca blanda

Roca dura

vs. > 400

vs. > 700

(a) N1 (60) es el nmero de golpes del ensayo SPT corregido por confinamiento y eficienciaenergtica del equipo.

Formas espectrales tipificadas

Para la formulacin de las formas espectrales tipificadas S1 y S4, incluidas enla Seccin 5.1, se utilizaron adems de espectros reales, otros obtenidosmediante la aplicacin de modelos constitutivos y semiempricos de respuestadinmica de perfiles geotcnicos (Ref. 5.5; 5.6; 5.7).

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Las formas espectrales tipificadas S1 y S4 toman en cuenta los parmetros

caractersticos incluidos en la Tabla 5.1 y otros tales como: la distancia epicentral,las propiedades sismoelsticas locales, el tipo de suelo, la direccin deaproximacin de las ondas ssmicas, la profundidad de los depsitos y laestratigrafa. Los anlisis consideraron sismos provenientes de fuentes lejanasy cercanas, tanto reales como sintticos.

Aceleracin horizontal mxima en la superficie del terreno

Existen evidencias de que las condiciones geotcnicas locales, particularmentecuando estn presentes suelos blandos, modifican la aceleracin mxima en lasuperficie del terreno. Los valores del factor , fueron obtenidos a partir de

anlisis comparativos entre: (i) las aceleraciones en la superficiecorrespondientes a distintos estudios de amenaza ssmica, realizados conprocedimientos analticos similares pero con distintas leyes de atenuacin y; (ii)las aceleraciones en la superficie del terreno obtenidas con diferentes modelospara evaluar la amplificacin por suelos blandos (5.8). Para sitios muy prximosa fallas activas es necesario realizar estudios particulares ya que las

aceleraciones, y por ende, los coeficientes de aceleracin horizontal, podran sermayores que los establecidos en estas especificaciones.

Determinacin del promedio de las velocidades de las ondas de corte enperfiles geotcnicos

La velocidad de las ondas de corte es el parmetro ms importante para laevaluacin de la respuesta dinmica de los perfiles geotcnicos. En la Tabla C.5.1se requiere la velocidad promedio del perfil Vsp la cual debe ser estimada en laforma que se indica a continuacin.

El promedio ponderado de las velocidades de ondas de corte para un perfilgeotcnico se calcular a partir de la sumatoria de los tiempos de viaje verticalesen los diferentes estratos o subestratos en el perfil. En caso que el perfil seahomogneo o el espesor de los estratos sea muy grande y exista una variacinsignificativa de las velocidades con la profundidad, se pueden definir subestratoscon base en las caractersticas o la distribucin de las velocidades con la

profundidad. El tiempo de viaje en cada estrato se denominar, te,i, y el mismorepresenta el tiempo promedio empleado por la onda en atravesarlo, de acuerdocon la ecuacin bsica:

Te, i + he, iVsp, i (C.5.1)

donde: he,i es el espesor del estrato y Vsp,i es el promedio de la velocidad delas ondas de corte en ese estrato.

El tiempo promedio total de viaje de la onda a travs del perfil ser entonces:

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tpt +(he, i Vsp, i ) (C.5.2)y la velocidad promedio, Vsp, se obtiene como el cociente de la altura total delperfil, H = (he,i), entre la sumatoria de los tiempos parciales de viaje por cada

estrato:

Vsp + H(he, i Vsp, i ) (C.5.3)Las velocidades de las ondas de corte pueden ser medidas directamente oestimadas a partir de correlaciones empricas con los ensayos SPT CPT,tomando la precaucin de utilizar las correcciones necesarias segn el caso.

Cuando se trate de arcillas se pueden utilizar tambin correlaciones basadas enla resistencia al corte sin drenaje con la velocidad de las ondas de corte.

Es oportuno mencionar que las mediciones en sitio no excluyen la necesidad de

realizar perforaciones geotcnicas, ya que ambos mtodos soncomplementarios.

C.5.2 Casos Especiales

Las formas espectrales indicadas en la Seccin 6.3 de estas especificacionesgenerales, tienen validez para depsitos de suelos estables y, por lo tanto, no sonaplicables a depsitos de suelos susceptibles a licuarse. Por ello, estos suelosdebern tratarse previamente para disminuir o suprimir su potencial delicuacin antes de clasificarlos como alguno de los perfiles tpicos, indicados enla Seccin 5.1.

C.6 MOVIMIENTOS SSMICOS

C.6.1 Mapas de Peligro Ssmico

Los mapas que se dan en las Figs. 6.1 y 6.2 son el resultado de la cuantificacinprobabilstica del peligro ssmico fundamentada en la mejor informacindisponible para el ao 1996. Es previsible que a medida que se ample la

estadstica sobre los movimientos fuertes del terreno debido a sismos locales, ascomo la comprensin de sus orgenes y la frecuencia de ocurrencia de grandesterremotos, ser necesario ajustar los valores y/o la forma de las curvas de lasFigs. 6.1 y 6.2.

El procedimiento para el clculo del peligro ssmico, contenido en estaespecificacin difiere del procedimiento clsico utilizado comnmente endiversas normas de diseo, en que permite la incorporacin de un nmero mayorde variables que condicionan el valor de la aceleracin mxima del terreno en el
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