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• Cancio Diaz Baquerizo

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LOS SISMOS Y EL DISEÑO SISMORESISTENTE DE LAS ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO

CONTENIDO •APLICACIÓN DE LA NORMA SISMORRESISTENTE NTE-030 PARA LA EVALUACION DE LOS CORTANTES SISMICOS •PRE DIMENSIONAMIENTO SISMO RESISTENTE •ACLARACIONES AL METODO DEL PORTAL •DISEÑO SISMO RESISTENTE

CON FINES PRÁCTICOS, PARA PODER PERCIBIR EL PROCESO DE CÁLCULO DE UN ANÁLISIS SÍSMICO CON EL MÉTODO APROXIMADO DEL PORTAL. CON MUY BUENA APROXIMACIÓN SE PUEDE ESTIMAR EL PESO DE UNA EDIFICACION DE LA SIGUIENTE MANERA: PESO = P = 1 TON/M2 X AREA DE PLANTA X Nº PISOS

EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA Datos: Zona: Lima => Z=0.4 Suelo: Bueno => S=1.0 Uso: Común => U=1.0 Coeficiente Sísmico C= 2.5 Factor de Reducción R= 8 .40

.40 A

6.00

6.00

B 3

1

PLANTA

ELEVACION

P=1ton/m2 x área x Nº de pisos  P=1ton/m2 x (6.80 x 6.80)m2 x 2  P= 92.48 ton  P/piso = P/2 = 46.24 ton 

V=

Z*S*C*U*P R



V=0.4 x1x2.5x1x92.48 8 V= 11.56 ton

MÉTODOS DE ANÁLISIS ESTÁTICOS LOS MÉTODOS DE ESTE TIPO DE ANÁLISIS SE BASAN GENERALMENTE EN LA DETERMINACIÓN DE LA FUERZA LATERAL TOTAL (CORTANTE EN LA BASE), PARA DESPUÉS DISTRIBUIR ESTA CORTANTE EN FUERZAS CONCENTRADAS EN LOS DIFERENTES PISOS. UNA VEZ DETERMINADA LA FUERZA CORTANTE EN LA BASE, DEBE DEFINIRSE CUÁLES SON LAS FUERZAS CORTANTESA INDIVIDUALES APLICADAS EN CADA PISO, LAS QUE SUMADAS DEBEN DAR EL CORTANTE TOTAL. LA NTE-030 ACEPTA LA HIPOTESIS DE QUE LA DISTRIBUCIÓN DE ACELERACIONES “ai” EN LOS DIFERENTES NIVELES DE LA ESTRUCTURA ES LINEAL. PARTIENDO DE CERO EN LA BASE HASTA UN máximo “am” EN LA PUNTA.

La fuerza lateral en cada piso es: Fi= mi x ai = Wi/g x ai ; De acuerdo a la variación lineal de la aceleración :

ai = am x hi/H; Fi = Wi/g x hi/H x am (1) V = ∑Fi = am/H ( ∑Wihi/g ); am = V x H g / ∑Wihi ; reeeplazando en 1: Fi = Wi/g x hi/H x V x H g / ∑Wihi = ( Wi x hi )/ (∑Wihi ) V

DISTRIBUCIÓN DE LA FUERZA CORTANTE EN ALTURA Vtotal=

NIVEL

Vportico= H TOTAL

(ALTURA AL TECHO)

P (ton)

PESO POR PISO

11.56 ton

11.56/2 = 5.78 ton P*H

%

V(%)

PORCENTAJE DE LA FUERZA CORTANTE (V)

2º 5.50

46.24

254.32 64.71 %

3.74 ton

1º 3.00

46.24

138.72 35.29 %

2.04 ton

TOTAL

393.04

¿Qué son las fuerzas estáticas? • La palabra estática significa que las fuerzas son constantes en el tiempo. El análisis de las cargas dinámicas y sus efectos sobre las estructuras •El empleo de los efectos estáticos equivalentes, permite un análisis y diseño mas simple que los procedimientos de análisis dinámico. •Para los efectos de sismo, la transformación básica consiste en establecer una hipotética fuerza estática horizontal que se aplica a la estructura para simular los efectos de los movimientos laterales.

INTERPRETACIÓN DEL CONTROL DE DESPLAZAMIENTOS DE LA NTE-030

1. Exigencia de contar con diafragmas rígidos y rigidez lateral Longitud

Ancho

Diafragma

Peralte

Muro Portante de Albañilería A n c h o = 7 . 4 0 Volado m 2.35 .m.

3.90 m.

Viga (0.30 x 0.55 m.)

3.90 m.

3.90 m.

Viga (0.25 x 0.55 m.)

3.90 m.

Longitud = 23.65 m.

3.90 m.

3.90 m.

Estructura con diafragma rígido y con rigidez lateral en las dos direcciones principales.

La NTE-070, considera que un diafragma de concreto armado es rígido cuando la relación de sus dimensiones en planta, longitud/anch o, es menor o igual a 4

Se debe buscar la simetría en la distribución de la planta del edificio, en la distribución de los pesos y las rigideces de los pórticos y muros, para evitar torsión. La figura ilustra

casos de simetría, ideales, aceptables y no recomendables.

Ideal

Aceptable

No recomendable

Plantas con distribuciones de rigideces simétricas y asimétricas. (Adaptación de la plantas del edificio Penney – Anchorage, 1964)

4. Evitar irregularidades en planta

Si La ≤ 0.2 L……¡¡¡¡No hay problema!!!! L

L

La

L

La

La

L

La

Si La > 0.2 L…… La solución es:

L = Longitud total La = Longitud del ala

Soluciones sismorresistentes a las formas H, L, T, +.

La NTE-030 recomienda que las alas de estas formas sean como máximo el 20% de la dimensión total en cada una de las direcciones.



Se debe evitar irregularidades en los diafragmas. Las discontinuidades generadas por aberturas mayores al 50% del área total de la planta, atentan contra la hipótesis de diafragma rígido

USANDO SOLUCIONES ADECUADAS

Edificio con pisos inclinados o con desniveles

(a) Algunos casos que originan efectos de columnas cortas ante los sismos. Edificio con mezanines.

Edificio de Centro Educativo

Algunas de las soluciones para estos casos es incrementar la rigidez lateral en la dirección propensa a columnas cortas.

1

3

8.

Dotar de mayor cantidad de elementos resistentes



Se deben preferir estructuras con mayor número de elementos estructurales. En estos casos, si un miembro empieza a fallar, habrá otros elementos que pueden evitar el colapso de la estructura

1

Perú- sur 2001

Kobe 1995

10 Juntas de separación sísmica 

Se debe considerar juntas de separación sísmica entre edificios adyacentes . El objetivo es evitar choques entre ellos, que pueden producir daños muy fuertes en ambos.

Espesor de junta

Junta

Junta

SUGERENCIA: Espesor de junta aprox. igual a 0.08 de la altura del punto más alto de posible contacto.

Análisis sísmico -METODO DEL PORTAL El método del Portal sirve para encontrar los esfuerzos de Momentos Flectores y Cortantes en forma aproximada, ante efectos de cargas laterales; sus resultados tienen mejor aproximación cuando se trata de edificios de pocos pisos. Los pasos seguidos con la aplicación del Método del Portal son:

DISEÑO DE VIGAS SISMORRESISTENTES

Ac=3600cm² P=1t/m²xAtxNP

¡debe cumplir!

PLANTAS

VIGA (.30 X .50)

5.50

.30

VIGA (.30 X .50)

5.80 .25

6.51

VIGA (.30 X .50) VIGA (.30 X .50)

5.75 .25

VIGA (.30 X .50)

.30

VIGA (.30 X .50)

VIGA (.30 X .50)

VIGA (.30 X .50)

VIGA (.30 X .50)

VIGA (.30 X .50)

VIGA (.30 X .50)

6.00 .25

.25

2 .1 5

3 .2 5

.8 5

.4 5

.8 0

.4 0 .8 0

1 .1 0

1 .5 0

AULA

N PT - 0 .1 75

SUM

CORTE C-C' 4 .2 5

2 .8 5

4 .0 5

4 .2 5

1 .7 5

1 .7 5

1 6 .0 0

1 4 .7 0

.8 0

.4 0 .8 0

1 .5 0

AULA N PT + 8 .10

N PT + 4 .10

1 .7 5

1 .7 5

4 .8 5

.8 0

.4 0 .8 0

2 .4 0

1 .6 5

1 .6 5

.7 5

3 .9 5 2 .3 0

VP - J - 1 º ( 0 .3 x0 .8 0 )

VP - I- 1 º ( 0 .3 x0 .8 0 )

VP - H - 1 º ( 0 .3 x0 .8 0 )

VP - G - 1 º ( 0 .3 x0 .8 0 )

VP - F - 1 º ( 0 .3 x0 .8 0 )

Análisis sísmico -METODO DEL PORTAL El método del Portal sirve para encontrar los esfuerzos de Momentos Flectores y Cortantes en forma aproximada, ante efectos de cargas laterales; sus resultados tienen mejor aproximación cuando se trata de edificios de pocos pisos. Los pasos seguidos con la aplicación del Método del Portal son:

APLICANDO EL MÉTODO DEL PORTAL PARA EL ANÁLISIS SÍSMICO, SE OBTIENEN LOS MOMENTOS FLECTORES Y FUERZAS CORTANTES EN EL PÓRTICO.

Criterios generales. Las vigas sismorresistentes deben tener refuerzo continuo a todo lo largo de la viga (2 barras superiores e inferiores mínimo).  Todas las barras que anclan en columnas extremas terminan en gancho estándar.  As (+) en la cara del nudo será Mu (-)/3, como mínimo.  f’c min=210 Kg/cm2. 

Mc. Apoyo

10.4 ton.m

10.4 ton.m

Mu/(bd2)

10400/(30 x 542)=11.90

10400/(30 x 542)=11.90

p

0.0033

0.0033

A (cm2)

5.35

5.35

3 5/8”

3 5/8”

Mc. Apoyo Mu/(bd2) p

A (cm2)

10.27 ton.m 10270/(30 x 542)=11.73 0.0033

5.35 3 5/8”

Requisitos especiales para elementos sismorresistentes:  1º Cuando hemos encontrado las fuerzas actuantes que representan los efectos sísmicos se ha considerado una fuerza sísmica reducida (Factor R) por la ductilidad de la estructura.  Es decir se ha supuesto que la estructura tiene la capacidad de disipar energía en el rango inelástico.  Para lograr este objetivo se debe evitar las fallas frágiles, buscando siempre fallas dúctiles. 

Requisitos especiales para elementos sismorresistentes:  Resistencia a cortante > resistencia a flexión  Por tanto el refuerzo transversal debe cumplir:  Estribos con ganchos a 135º o 45º 

Como el comportamiento a flexión es DUCTIL;  El comportamiento a cortante es FRÁGIL  Por ello, se debe alejar la falla de corte. 

¿? Incrementando la capacidad de cortante en función de la capacidad instalada de flexión.  Para cumplir con esto los estribos de confinamiento deben ser capaces de resistir la fuerza cortante que experimentan la región que confinan, cuando entran en fluencia por flexión. 