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• Miguel Felipe Poveda

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• Ingeniería mecánica
• Mecánica de Medios Continuos

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Introducció Introducción a la Diná Dinámica de Estructuras y al Diseñ Diseño Sismo Resistente Josef Farbiarz F., M.S.C.E. Profesor Asociado

Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia Sede Medellí Medellín

I.1

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES Josef Farbiarz F.

Curso va en la 1 Universidad Nacional de Colombia

Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas

CRÉDITOS
Ingeconcreto, Andrés Ochoa Sierra, Alejandro Arango L. Ilustraciones muros no estructurales


Juan D. Rodriguez M. Animaciones

Universidad Nacional de Colombia

Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas

ELEMENTO ESTRUCTURAL






Cargas muertas Cargas vivas Cargas transitorias PROPIAS Y AJENAS

Cimentación

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL






Cargas muertas Cargas vivas Cargas transitorias SOLAMENTE PROPIAS

Apoyos

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL PROPIEDADES
Función
Apariencia
Costo

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL FUNCIÓN
Arquitectónico,
hidráulico,
eléctrico,
mecánico,
sanitario,
conducción
etc.

de gas,

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL APARIENCIA
Revoques,
enchapes,
vidrios,
frisos,
cortagoteras,
cerramientos,
etc.

ELEMENTO NO ESTRUCTURAL COSTO
Frágiles (Alta vulnerabilidad)
Generalmente

costosos
Alto porcentaje del total (Hasta el 90 %)

ANTECEDENTES

ANTECEDENTES





Ausencia de diseño Vicios constructivos Inexistencia de normatividad Numerosos daños

SOLUCIONES


Diseño y construcción apropiados • • • •




Análisis Dimensionamiento Materiales idóneos Construcción con calidad

Normatividad

ANÁLISIS Y DISEÑO

RESEÑA HISTÓRICA






Applied Technology Council (CÓDIGO ATC-3/78) National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP-94) Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistentes (NSR-98)

TÍTULO A
Capítulo

8. Efectos sísmicos sobre elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia sísmica
Capítulo 9. Elementos no estructurales.

Capítulo 8. Efectos sísmicos sobre elementos estructurales que no hacen parte del sistema de resistencia sísmica






Escaleras, rampas,etc. Tanques, piscinas, etc. Cerchas, correas, etc. Viguetas, etc. Ascensores, escaleras mecánicas, y sus apoyos.

Capítulo 9. Elementos no estructurales










Acabados Muros no estructurales Elementos arquitectónicos Instalaciones hidro-sanitarias Redes contra incendios Instalaciones eléctricas Instalaciones de gas Equipos mecánicos Instalaciones especiales

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO RESPONSABILIDAD


“... el profesional que firma o rotula el plano se hace responsable de que el diseño se realizó para el grado de desempeño adecuado” A.9.3.1-NSR-98




“El que la pinta la lleva” Luis E. García R.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO EXCENCIONES



Amenaza sísmica baja Sólo grupos de Uso I y II A.9.1.3-NSR-98

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO GRADO DE DESEMPEÑO


Superior: Daño mínimo, no interfiere con la operación de la edificación.




Bueno: Daño totalmente reparable, alguna interferencia en la operación.




Bajo: Daño grave, inclusive no reparable, pero sin desprendimiento ni colapso

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN

GRUPO DE USO GRADO DE DESEMPEÑO

IV

SUPERIOR

III

BUENO

II

BUENO

I

BAJO

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO CLASIFICACIÓN DE LA EDIFICACIÓN

GRUPO DEESPECIAL USO GRADO DE DESEMPEÑO OCUPACION

ATENCION LA COMUNIDAD IV 200 A SUPERIOR Más de personas en un mismo salón, OCUPACION NORMAL guarderías, colegios y universidades, EDIFICACIONES Estaciones de Bomberos, defensa civil, III BUENO Todas las al edificaciones cubiertas por las graderías aire libre de más de 2 000 INDISPENSABLES fuerzas armadas y sedes de oficinas de NSR-98 que no estén incluidas en los personas, centros comerciales de más de II BUENO atención de desastres,garajes de Hospitales 2edificios y 3, Centrales otros grupos 500 m² por piso, con más de vehículos de emergencia, y aquellas que Itelefónicas, BAJO telecomunicaciones, 3 000 trabajadores, edificios la administración designe como tales. centrales de servicios públicos. gubernamentales.

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Estrategia de diseño



Aislamiento Acoplamiento

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas de diseño








Peso propio Fuerzas inerciales Fuerzas eólicas Asentamiento relativo de apoyos Cambios de temperatura Cambios de humedad Flujo plástico

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas

F = ma Mp Masa del elemento

axg Aceleración del piso x

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas

F = ma

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas


La aceleración en el apoyo se comparte con el nivel estructural al cual pertenece el elemento a4 a3 a2 a1

NIVEL 4

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas a4 a3 a2 a1

NIVEL 4

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

Fx

ax =

mx

g

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas F4 F3 F2 F1

NIVEL 4

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

F0 = 0 (nivel del terreno) ¡¿ a0 = 0 ?!

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas F4 F3 F2 F1

NIVEL 4

NIVEL 3

NIVEL 2

NIVEL 1

NIVEL 0

m(u&& + u&&S ) + cu& + ku = o mu&& + cu& + ku = −mu&&S Solución ≈ aceleración absoluta

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas h H

H 0.75H

0.75H

Paulay and Priestley

Vb = Sag

&& u S

Sa g

&& u ABS

PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Fuerzas sísmicas

H

Piso Masa m 4 m 3 m 2 m 1 m 0

h 1.00H 0.75H 0.50H 0.25H 0 Totales

Masa x h CVx Fx Fx, Sag ax, Sag 1.00mH 0.4 0.4Vb 1.6m 1.6 0.75mH 0.3 0.3Vb 1.2m 1.2 0.50mH 0.2 0.2Vb 0.8m 0.8 0.25mH 0.1 0.1Vb 0.4m 0.4 0 0 0 0 0 2.50mH 1 Vb 4m

aabs 1.6Sag + 1.2Sag + 0.8Sag + 0.4Sag + 0

ax, g Aa = 0.2; T 8): • Químicos • Vaciados en el sitio • Capítulo C.21

COEFICIENTE DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA, Rp NO DÚCTILES (R=1,5)
Anclajes superficiales (L/φ < 8): • Químicos • Vaciados en el sitio • Pernos de expansión • Tiros HÚMEDOS (R=0,5)
Morteros o adhesivos sin anclaje mecánico

PUNTO DE APLICACIÓN DE FP



Centro de gravedad para Fpx, Fpy En equipos eléctricos-mecánicos debe adicionarse

MPg FPz = ± 3

ANCLAJES Y CONEXIONES Transferencia de Fp a la estructura, despreciando:
Fricción
Tracción perpendicular en morteros

ELEMENTOS DE CONEXIÓN RESISTENCIA A FP EN DIRECCIONES DE MOVIMIENTO RESTRINGIDO, EN FACHADAS:



Resistencia conexión: Resistencia pernos y soldaduras:

1,33 Fp 3,00 Fp

FUERZAS EÓLICAS

Rigen cuando:


FV ≥ 0.7 Fp

Diseño por resistencia última para 1,4 Fv Coeficiente de presión

P = Cp q S4 Presión del viento

Presión dinámica del viento

Coeficiente de densidad del aire

Modelos matemáticos de análisis

qp

qp

A hp

hp

B SOLAMENTE VÁLIDOS CUANDO LOS ELEMENTOS DE APOYO SE SOPORTAN EN Voladizo Simplemente Voladizo LOSapoyado DIAFRAGMAS apoyado

Panel bidireccional apoyado en tres o cuatro bordes

hp

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS



Empalmes con redes externas Interruptores automáticos (Cuando A0 ≥ 0,50 Aa)

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Cambios de rigidez

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Cambios de rigidez

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Cambios de rigidez

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Columna corta o cautiva COLUMNA CORTA

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Columna corta o cautiva

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Columna corta o cautiva 1

1

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Columna corta o cautiva

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Escaleras y rampas

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Escaleras y rampas

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Escaleras y rampas

ASPECTOS COMPLEMENTARIOS


Escaleras y rampas

CARGAS APLICADAS Peso propio Fuerza de sismo

Fuerza de sismo o viento

RUTA DE FALLA


Agrietamiento • • •




Se supera la resistencia a tracción del muro Primera fisura Propagación de fisuras

Falla • • •

Se abren secciones debilitadas por aberturas en los muros Pérdida de estabilidad por agrietamiento Pérdida de estabilidad por carencia de soporte

FUERZAS PERPENDICULARES AL PLANO DEL MURO

MURO APOYADO SÓLO ABAJO

MECANISMO DE COLAPSO

ESTADO MÁXIMO DE FLEXIÓN EN LA BASE P1

ROTACIÓN EN LA BASE P2 > P1

COLAPSO

MURO APOYADO ARRIBA Y ABAJO

Carga lateral aplicada P

MECANISMO DE COLAPSO

Deflexión lateral en el centro de la luz

Carga lateral aplicada P

P1

Deflexión lateral en el centro de la luz

P2 > P1

Carga lateral aplicada P

ROTA LA BASE

Rota la base

Deflexión lateral en el centro de la luz

Carga lateral aplicada P

P3 > P2

Rota la base

Deflexión lateral en el centro de la luz

P4 > P3

Carga lateral aplicada P

PRIMERA GRIETA Se agrieta en el centro

Rota la base

Deflexión lateral en el centro de la luz

Carga lateral aplicada P

P5 < P4

Se agrieta en el centro

Rota la base

Deflexión lateral en el centro de la luz

P5 < P4

Carga lateral aplicada P

MECANISMO DE COLAPSO Se agrieta en el centro

Rota la base Se forma el mecanismo Se colapsa Deflexión lateral en el centro de la luz

MURO APOYADO ABAJO Y A LOS LADOS

ESTADO INICIAL P=0

Estado de Tensiones en la base del muro

ESTADO MÁXIMO DE FLEXIÓN EN LA BASE

P1

Estado de Tensiones en la base del muro

ESTADO MÁXIMO DE FLEXIÓN EN EL CENTRO DEL MURO P2 > P1

Estado de Tensiones en muro

PRIMERA GRIETA P3 > P2

Estado de Tensiones en muro

COLAPSO P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

MURO APOYADO EN TODOS LOS BORDES

P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

MURO APOYADO EN TODOS LOS BORDES

P4 < P3

Estado de Tensiones en muro

FUERZAS PARALELAS AL PLANO DEL MURO

MURO CONFINADO POR ESTRUCTURA

FALLA POR TRACCIÓN INDIRECTA

FALLA POR TRACCIÓN INDIRECTA

FALLA POR TRACCIÓN INDIRECTA

FALLA POR TRACCIÓN INDIRECTA

FALLA POR CORTANTE (Baja carga vertical)

FALLA POR CORTANTE (Mortero débil, unidad fuerte)

FALLA POR FLEXIÓN

FALLA POR COMPRESIÓN

SOLUCIONES

SEPARACIÓN DE LA ESTRUCTURA Para que no sean sometidos a fuerzas diferentes a las inerciales propias.

Deriva de piso

TAMAÑO DE LA JUNTA

∆i+∆ ∆fp

Deriva




Añadir un porcentaje adicional para evitar densificación del material.

AISLAMIENTO DE LA JUNTA
Visual,

acústico y térmico
Impermeable (donde se requiera)

AISLAMIENTO DE LA JUNTA Propiedades requeridas.
Soporte para acabado
Baja rigidez (flexible) •

A cargas estáticas y dinámicas


No

biodegradable
Fácil reemplazo y reparación

EJEMPLOS
Aire
Morteros

elásticos
Espumas sintéticas
Lanas minerales
Etc.

AISLAMIENTO LATERAL Respaldo

Aislante Mampostería

Columna o viga Junta de aislamiento

Revoque

DETALLE DE AISLAMIENTO PARCIAL (Continuación...)

Junta de aislamiento

Sección rectangular 2:1 aislante

1 2

AISLAMIENTO LATERAL

Mampostería Columna o viga

Revoque Lana mineral

ANCLAJE A LA ESTRUCTURA Para que las fuerzas inerciales sean transferidas y se evite el volcamiento

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Ángulos

de acero (Continuos o discontinuos)

Losa

Angulo metálico Muro

Aislante

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Ángulos

de acero (Continuos o discontinuos)

Losa

Angulo metálico Muro

Aislante

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Barras

de refuerzo (Continuas o discontinuas)

Losa

Aislante

Barra de refuerzo delgada Tubo plástico

Muro

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Barras

de refuerzo (Continuas o discontinuas)

Losa

Aislante

Barra de refuerzo Mortero

Muro

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Pletinas

de acero

VIGA

PLETINA ULTIMA HILADA SIN RELLENO CELDA RELLENA

BARRA DE REFUERZO

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Pletinas

de acero

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Pletinas

de acero

ALGUNOS TIPOS DE ANCLAJE
Pletinas

de acero

SOPORTE INFERIOR Muro

Barra de refuerzo delgada

SOPORTE INFERIOR Sólo para muros interiores Muro Aislante del piso Piso

Losa

Muro pegado con mortero a la estructura de hormigón

VICIOS CONSTRUCTIVOS

MURO DELGADO VOLADO DE LA FACHADA

Muro Fachada

Piso

Cuelga Losa

MURO DELGADO VOLADO DE LA FACHADA Peso del muro Sentido del sismo

Fuerzas de adherencia

Losa

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Muro Fachada e=15 mínimo

Piso

Barra soldada

Sellante Losa Barra o pletina de refuerzo

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Angulo metálico

Anclaje

Muro fachada

Apoyada piso a piso

Muro fachada

Apoyada abajo

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN


Las juntas de expansión y de construcción son esenciales

un

un