decálogo - Diseño estructural, Resistencia y Laboratorio de Concreto
DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes ING. JESUS HUMBERTO ARANGO INGECONCRETO LTDA. CONTENIDO • Conceptos básicos • Construcción Sismo-Resistente • Características fundamentales de una edificación ((Decálogo Decálogo de la sismo -resistencia) resistencia sismo-resistencia) Jesús Humberto Arango Tobón AMENAZA SISMICA Es la probabilidad de que ocurra un sismo en un sitio en un periodo de tiempo con una magnitud determinada Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón Jesús Humberto Arango Tobón VULNERABILIDAD SISMICA Es la cuantificación del buen o mal comportamiento que tendrán las construcciones cuando se presenta un sismo. Jesús Humberto Arango Tobón RIESGO SISMICO Es la probabilidad de pérdida de vidas humanas o pérdidas materiales irreparables por la ocurrencia de un sismo en un sitio y tiempo determinados. Jesús Humberto Arango Tobón RIESGO SISMICO R=f(AxV) R = Riesgo Sísmico A = Amenaza Sísmica V = Vulnerabilidad Sísmica Jesús Humberto Arango Tobón La Amenaza existe, la Vulnerabilidad la puedo afectar mediante una construcción sismo-resistente, por lo tanto disminuyo el Riesgo Jesús Humberto Arango Tobón ¿Qué es una construcción Sismo-Resistente? Es la construcción que tiene la capacidad de resistir temblores sin que se presenten da ños graves o daños ppérdida érdida de vidas humanas. Jesús Humberto Arango Tobón La capacidad de resistir los temblores se obtiene dotando a la construcción de unas características fundamentales que están establecidas en detalle en las Normas de Diseño y Construcción Sismo-Resistente NSR-98 de obligatorio cumplimiento. Jesús Humberto Arango Tobón RESUMEN SIMPLIFICADO DE LAS CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE UNA CONSTRUCCIÓN SISMO-RESISTENTE Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 77 88 99 10 10 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Materiales Materiales competentes competentes Buena Buena calidad calidad en en la laconstrucción construcción Capacidad Capacidad de de absorber absorber yy disipar disipar energía energía Fijación Fijación de de elementos elementos no no estructurales estructurales Jesús Humberto Arango Tobón 1 FORMA REGULAR Jesús Humberto Arango Tobón • Construcciones que tengan geometría sencilla en planta • Construcciones que tengan geometría sencilla en elevación Jesús Humberto Arango Tobón PLANTAS SENCILLAS Jesús Humberto Arango Tobón PLANTAS COMPLEJAS Jesús Humberto Arango Tobón ELEVACIONES SENCILLAS Jesús Humberto Arango Tobón ELEVACIONES COMPLEJAS Jesús Humberto Arango Tobón MATRIZ DE FORMA DE EDIFICIOS Plano horizontal Plano vertical Elevación sencilla Elevación compleja Jesús Humberto Arango Tobón Planta sencilla Planta compleja GEOMETRIA COMPLEJA SISMO RESISTENTE Jesús Humberto Arango Tobón Con geometría sencilla se obtiene un mejor comportamiento en los sismos Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 Forma Forma regular regular Jesús Humberto Arango Tobón 2 PESO LIVIANO Jesús Humberto Arango Tobón La masa la pone el edificio Movimiento F=m a Fuerza inercial Sismo Jesús Humberto Arango Tobón La aceleración la pone el sismo Mientras más liviana la construcción menor fuerza sísmica debe resistir DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Jesús Humberto Arango Tobón 3 ALTA RIGIDEZ Jesús Humberto Arango Tobón Estructura flexible Estructura rígida A mayor rigidez menor movimiento y menor daño Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Jesús Humberto Arango Tobón 4 ESTABILIDAD GLOBAL Jesús Humberto Arango Tobón Altos factores de seguridad contra: • Volcamiento • Deslizamiento • Golpeteo (colindancia) Jesús Humberto Arango Tobón b Vn Volcamiento W Vi hi W*(b/2) FS-vol = (∑Vi * hi ) V2 V1 b/2 Jesús Humberto Arango Tobón ≥2 Cimentaciones superficiales (suelos duros) b Volcamiento W σcv σcs b/2 Jesús Humberto Arango Tobón Cimentaciones superficiales (suelos blandos) b Volcamiento W qo σcs + σcv σcs + σcv b/2 Jesús Humberto Arango Tobón ≥ 2.0 Cimentaciones superficiales (suelos blandos) Volcamiento w fs ≥ 2.0 τcs + τcv τcv + τcs Cimentaciones profundas Jesús Humberto Arango Tobón Deslizamiento Vn Vi w τcs Jesús Humberto Arango Tobón Deslizamiento Vn µ*W Vi w τcs Jesús Humberto Arango Tobón τcs ≥ 1.5 ls Deslizamiento le Vn O ∑( Vi * hi) + W * le + V S * h S + WS * l s hi Vi w r vs ws Jesús Humberto Arango Tobón fs hS ≤ 1.5 fs * r d1 Golpeteo d2 B C Nivel j Nivel k A A B B C d1 ≥ δtot ,j + δtot,j d2 ≥ δtot ,k + δtot,k Jesús Humberto Arango Tobón Golpeteo d δtot 1 Jesús Humberto Arango Tobón δtot 2 Golpeteo d δtot 1 Jesús Humberto Arango Tobón δtot 2 DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Jesús Humberto Arango Tobón 5 COMPATIBILIDAD CON EL SUELO DE CIMENTACIÓN Jesús Humberto Arango Tobón Debe realizarse un diseño integral de estructura - cimentación – suelo que considere los siguientes aspectos: • Efecto del suelo en la respuesta (amplificación) • Interacción suelo estructura • Potencial de licuación Jesús Humberto Arango Tobón Efecto del suelo en la respuesta sísmica ESTRUCTURA CIMENTACIÓN SUELO ROCA Jesús Humberto Arango Tobón Amplificación de la onda sísmica en el suelo Sa (g) ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES SUELO ROCA ZONA DE AMPLIFICACIÓN Jesús Humberto Arango Tobón T (s) MAPA DE MICROZONIFICACION SISMICA DE MEDELLIN INTERACCIÓN SUELO ESTRUCTURA ESTRUCTURA CIMENTACIÓN SUELO Jesús Humberto Arango Tobón Compatibilidad de deformaciones suelo - cimentación σmax > σadm σmax Jesús Humberto Arango Tobón Presión de contacto uniforme Incompatibilidad de deformaciones suelo - cimentación σmax > σadm σmax Jesús Humberto Arango Tobón Presión de contacto no uniforme Incompatibilidad de deformaciones suelo - cimentación σmax > σadm σmax Jesús Humberto Arango Tobón Presión de contacto no uniforme DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Jesús Humberto Arango Tobón 6 SISTEMA ESTRUCTURAL APROPIADO Jesús Humberto Arango Tobón Un sistema estructural es un conjunto de elementos dispuestos y ensamblados de manera que pueden resistir y transmitir las cargas impuestas. Jesús Humberto Arango Tobón Elementos componentes de un sistema estructural • Elementos horizontales Vigas Losas o diafragmas • Elementos verticales Columnas Muros • Elementos diagonales Jesús Humberto Arango Tobón Sistemas estructurales aceptados en la NSR-98 • SISTEMA DE PORTICOS Concreto Reforzado Acero • SISTEMA DE MUROS Concreto Reforzado Mampostería estructural Pórticos arriostrados • SISTEMA MIXTO Muros + pórticos no arriostrados Pórticos no arriostrados + pórticos arriostrados Jesús Humberto Arango Tobón Sistema estructural de pórticos Viga Columna Jesús Humberto Arango Tobón Diafragma rígido (losa) SISTEMA DE PÓRTICOS Jesús Humberto Arango Tobón Sistema estructural de muros Diafragma rígido (losa) Muro longitudinal Jesús Humberto Arango Tobón Muro transversal SISTEMA DE MUROS Jesús Humberto Arango Tobón SISTEMAS DE MUROS Muro de concreto Jesús Humberto Arango Tobón Muro de mampostería Pórtico arriostrado SISTEMAS ESTRUCTURALES (NSR-98) • PÓRTICO • MUROS • COMBINADO • DUAL SISTEMAS ESTRUCTURALES (NSR-98) • COMBINADO Jesús Humberto Arango Tobón CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Los elementos estructurales deben ser distribuidos estratégicamente para resistir los efectos de las fuerzas conformando sistemas estructurales apropiados evitando las siguientes situaciones: Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Asimetrías que incrementen los efectos de torsión CR CR CM e Jesús Humberto Arango Tobón ey CM ex SE DEBE EVITAR Cambios bruscos de rigidez y resistencia Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Cambios bruscos de rigidez y resistencia Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Columnas cortas Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Distribución irregular de la masa Jesús Humberto Arango Tobón Desplazamiento de elementos SE DEBE EVITAR Desplazamiento del plano de acción Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Sistemas no paralelos Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Diafragmas flexibles CM Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR Diafragmas flexibles CM CM Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR GRANDES VOLADIZOS Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR GRANDES VOLADIZOS COMPONENETE VERTICAL DEL SISMO Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR GRANDES VOLADIZOS COMPONENETE VERTICAL DEL SISMO Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR GRANDES VOLADIZOS COMPONENETE VERTICAL DEL SISMO Jesús Humberto Arango Tobón SE DEBE EVITAR GRANDES VOLADIZOS COMPONENETE VERTICAL DEL SISMO Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Jesús Humberto Arango Tobón 7 MATERIALES COMPETENTES Jesús Humberto Arango Tobón MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ACEPTADOS POR LA NSR-98 Muros de mampostería reforzada Concreto Reforzado Acero Madera Jesús Humberto Arango Tobón Aluminio Muros de mampostería confinada MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN NO APROBADOS Tapia Concreto Simple Jesús Humberto Arango Tobón Muros sin refuerzo DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 77 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Materiales Materiales competentes competentes Jesús Humberto Arango Tobón 8 BUENA CALIDAD DE CONSTRUCCION Jesús Humberto Arango Tobón Realizada con prácticas adecuadas Jesús Humberto Arango Tobón Cumpliendo estrictamente con los planos de diseño Jesús Humberto Arango Tobón Cumpliendo las especificaciones de resistencia y calidad de los materiales empleados Jesús Humberto Arango Tobón Haciendo una estricta supervisión técnica Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 77 88 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Materiales Materiales competentes competentes Buena Buena calidad calidad en en la laconstrucción construcción Jesús Humberto Arango Tobón 9 CAPACIDAD DE ABSORBER Y DISIPAR ENERGÍA Jesús Humberto Arango Tobón CONCEPTOS DE DUCTILIDAD P ∆y ∆u Ductilidad = Jesús Humberto Arango Tobón ∆y ∆u ∆ CONCEPTOS DE DUCTILIDAD P ∆ ∆u Py Ductilidad = ∆y Pu ∆u Jesús Humberto Arango Tobón ∆y DUCTILIDAD GLOBAL ∆U ∆Y ∆U ∆Y ∆U ∆Y Ductilidad Global ∆U ∆Y Jesús Humberto Arango Tobón εcu εc DUCTILIDAD LOCAL φ Ductilidad de curvatura = Ductilidad del acero = R φu φy ε su εy φu Acero a compresión Grieta φy Eje neutro Acero a tracción Jesús Humberto Arango Tobón ε su εy CURVAS ESFUERZO DEFORMACION DEL ACERO Y CONCRETO σ Acero grado 60 Acero grado 40 Concreto ε Jesús Humberto Arango Tobón CURVAS ESFUERZO DEFORMACION DEL ACERO Y DEL CONCRETO σ Acero Energía disipada Concreto ε Jesús Humberto Arango Tobón EFECTO DEL CONFINAMIENTO EN LA RESISTENCIA Y DUCTILIDAD DEL CONCRETO 20 16 4090 psi 2010 psi Esfuerzo (Ksi) 12 Presión de fluido de confinamiento 1090 psi 8 550 psi 4 Resistencia no confinada 25.2 N/mm² 0.01 0.02 0.03 0.04 Deformación (in/in) Jesús Humberto Arango Tobón 0.05 0.06 0.07 CONFINAMIENTO Concreto no confinado Aros cuadrados Hélice Concreto no confinado Jesús Humberto Arango Tobón CONFINAMIENTO Formas de colocación de estribos Jesús Humberto Arango Tobón σ CURVAS ESFUERZO DEFORMACION DEL CONCRETO Concreto confinado Concreto inconfinado ε Jesús Humberto Arango Tobón CAPACIDAD DE DISIPACION DE ENERGIA DES Fuerza CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Deflexión Deflexión DMO CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Energía disipada en un ciclo de histeresis Capacidad de disipación de energia en el rango inelástico Deflexión DMI CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACION DE ENERGIA Fuerza Deflexión Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 77 88 99 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Materiales Materiales competentes competentes Buena Buena calidad calidad en en la laconstrucción construcción Capacidad Capacidad de de absorber absorber yy disipar disipar energía energía Jesús Humberto Arango Tobón 10 FIJACION Y SEPARACION ADECUADA DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES Jesús Humberto Arango Tobón Elementos no estructurales Muros divisorios , fachadas, ventanería, redes, enchapes y en general todo lo que no forme parte del sistema estructural. Deben ser diseñados y fijados a la estructura sin que modifiquen su comportamiento ni se dañen excesivamente. Jesús Humberto Arango Tobón ELEMENTO NO ESTRUCTURAL Son elementos que no hacen parte de la estructura del edificio . Pero si pueden modificar el comportamiento de ésta. Jesús Humberto Arango Tobón TIPOS DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES •Acabados y elementos arquitectónicos •Instalaciones hidráulicas, sanitarias, eléctricas y de gas •Equipos mecánicos •Instalaciones especiales Jesús Humberto Arango Tobón ACABADOS Y ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS •Muros de fachada •Muros interiores •Cielo rasos •Enchapes de fachada •Aticos, parapetos y antepechos •Vidrios •Paneles prefabricados de fachada •Columnas cortas o columnas cautivas Jesús Humberto Arango Tobón Muros de fachada Deben diseñarse para que sus componentes no se caigan ni se disgreguen. Jesús Humberto Arango Tobón TEATRO BOLIVAR (Armenia) Jesús Humberto Arango Tobón Muros interiores Se deben diseñar para evitar el vuelco Jesús Humberto Arango Tobón Centro Educativo Córdoba (Armenia) Jesús Humberto Arango Tobón Enchapes de fachada Debe evitarse el desprendimiento y la caída de estos debido a que representan un peligro para los transeúntes. Jesús Humberto Arango Tobón EDIFICIO AMERICA (Armenia) Jesús Humberto Arango Tobón Columnas cortas Cuando La columna está restringida en su desplazamiento lateral por un muro o un elemento no estructural que le disminuye su altura libre Jesús Humberto Arango Tobón Aticos, parapetos y antepechos Existe el mismo peligro potencial que presentan los muros de fachada, además el parapeto puede fallar hacia adentro, cayendo sobre la cubierta produciendo su falla. Jesús Humberto Arango Tobón Hospital Córdoba (Quindio) Jesús Humberto Arango Tobón DECÁLOGO DECÁLOGO de las construcciones Sismo-Resistentes 11 22 33 44 55 66 77 88 99 10 10 Forma Forma regular regular Peso Peso liviano liviano Alta Alta rigidez rigidez Estabilidad Estabilidadglobal global Compatibilidad Compatibilidad con con el el suelo suelo de de cimentación cimentación Sistema Sistema estructural estructural apropiado apropiado Materiales Materiales competentes competentes Buena Buena calidad calidad en en la laconstrucción construcción Capacidad Capacidad de de absorber absorber yy disipar disipar energía energía Fijación Fijación de de elementos elementos no no estructurales estructurales Jesús Humberto Arango Tobón Los temblores no matan, las construcciones mal hechas si Jesús Humberto Arango Tobón
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