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CURSO DE INSPECCIÓN DE EDIFICACIONES DESPUÉS DE UN SISMO Módulos de Capacitación Módulo 2 - Conceptos básicos sobre sismo resistencia

ÍNDICE Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente • Historia • ¿Por qué se necesita una normativa?

• Objetivos • Propósito • Contenido de la NSR-10

Principios básicos de sismo resistencia (Decálogo)

1. Forma regular 2. Bajo peso 3. Rigidez 4. Estabilidad global 5. Compatibilidad con el suelo de cimentación 6. Sistema estructural apropiado 7. Materiales competentes 8. Buena calidad en la construcción 9. Capacidad de absorber y disipar energía 10. Fijación de elementos no estructurales

Objetivos

• Dar a conocer la filosofía básica de la Norma Colombiana de construcciones Sismo Resistentes. • Examinar los conceptos básicos sobre sismo resistencia.

CURSO DE INSPECCIÓN DE EDIFICACIONES DESPUÉS DE UN SISMO

MÓDULO 2– CONCEPTOS BASICOS SOBRE SISMO RESISTENCIA Capítulo 1 – Normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente – NSR-10

Historia Decreto 1400 de 1984

Ley 400 (19 agosto 1997)

Norma sismo resistente NSR-98 (Decreto 33, 9 enero, 1998) Reglamento NSR-10 (Decreto 926, 19 marzo, 2010). Modificaciones: • Decreto 2525 del 13 de julio de 2010 (Amplia plazo de transitoriedad) • Decreto 0092 del 17 de enero de 2011 (Correcciones generales, Títulos J y K) • Decreto 0340 del 13 de febrero de 2012 (Correcciones tipográficas y omisiones) • Decreto 0945 del 05 de junio de 2017 (Ajustes Títulos A, C, D, E, F, G, I y K) Resoluciones expedidas por la Comisión Asesora Permanente del Régimen de Construcciones Sismo Resistentes

¿Por qué se necesita una normativa sismo resistente?  Las normas de sismo resistencia son un mecanismo cuyo objetivo es evitar que se cometan graves errores por aquellos técnicos que no conocen los avances técnicos.  Las normas requieren innovaciones de tecnología, pero es necesario pasar por procesos de validación u homologación.  Cuando se desea cambiar algo de la norma que se sale de su ámbito, se debe sustentar un régimen de excepción.  No es coartar la capacidad de los profesionales, más bien, es proteger al ciudadano de errores

Objetivos  Establecer los requisitos mínimos de seguridad con el fin de salvaguardar la vida y además garantizar que la edificación sea capaz de cumplir durante su vida útil, una serie de criterios de desempeño preestablecidos.  Establecer criterios adicionales para que ciertas edificaciones indispensables para la recuperación posterior a un sismo puedan seguir funcionando después de su ocurrencia.  Adicionalmente establecer procedimientos para

Propósito Una edificación debe ser capaz de resistir: • •

•

Sismos pequeños (frecuentes) sin daño (operación continua) Sismos moderados (ocasionales) sin daño estructural pero con algún daño no estructural (ocupación inmediata) Sismo fuerte (muy poco frecuentes) sin colapso pero con daño a elementos estructurales y no estructurales (protección de la vida)

Contenido de la NSR -10 TÍTULO

TEMA

OBSERVACIONES

A

Requisitos generales de diseño y construcción sismo resistente

Actualizado

B

Cargas

Actualizado

C

Concreto estructural

Actualizado

D

Mampostería estructural

Actualizado

E

Casas de uno y dos pisos

Actualizado

F

Estructuras metálicas

Actualizado

G

Estructuras de madera y estructuras de guadua

Actualizado

H

Estudios geotécnicos

Actualizado

I

Supervisión técnica

Actualizado

J

Requisitos para fuego

Actualizado

K

Otros Requisitos complementarios

Actualizado

CURSO DE INSPECCIÓN DE EDIFICACIONES DESPUÉS DE UN SISMO

MODULO 2– CONCEPTOS BASICOS SOBRE SISMO RESISTENCIA Capítulo 2 – Principios básicos de la sismo resistencia (Decálogo)

Principios básicos de la sismo resistencia Edificaciones sismo resistentes cuentan con: •

Adecuada configuración estructural.

•

Con componentes estructurales de dimensiones apropiadas.

•

Materiales con una resistencia suficiente para soportar la acción de las fuerzas causadas por un sismo.

Principios básicos de la sismo resistencia

1. Forma regular 2. Bajo peso 3. Rigidez 4. Estabilidad global 5. Compatibilidad con el suelo de cimentación 6. Sistema estructural apropiado 7. Materiales competentes 8. Buena calidad en la construcción 9. Capacidad de absorber y disipar energía 10. Fijación de elementos no estructurales

1. Forma regular

Forma regular • Construcciones que tengan geometría sencilla en planta • Construcciones que tengan geometría sencilla en elevación

Con geometría sencilla se obtiene un mejor comportamiento frente a los sismos

1. Forma regular Plantas sencillas

1. Forma regular Plantas complejas

1. Forma regular Elevaciones sencillas

1. Forma regular Elevaciones complejas

1. Forma regular Matriz de forma de edifícios Plano horizontal Plano vertical

Elevación sencilla

Elevación compleja

Planta sencilla

Planta compleja

1. Forma regular Geometria compleja sismo resistente

1. Forma regular IRREGULARIDAD EN PLANTA

CANTIDAD DE MUROS EN LAS DOS DIRECCIONES

IRREGULARIDAD EN ALTURA

2. Bajo peso

La masa del edificio

Movimiento

F=m a Fuerza inercial

Sismo

La aceleración del sismo

Mientras más liviana la construcción menor fuerza sísmica debe resistir

3. Rigidez Alta rigidez

Estructura flexible

Estructura rígida

A mayor rigidez menor movimiento y menor daño

4. Estabilidad global

Buena estabilidad global

Altos factores de seguridad contra: • Volcamiento • Deslizamiento • Golpeteo

4. Estabilidad global b

Vn

Volcamiento W

Vi

W*(b/2) hi

FS-vol =

V2

2

(Vi * hi )

V1

Cimentaciones superficiales (suelos duros) b 2

4. Estabilidad global b

Volcamiento W qo cs + cv

cv cs b 2

 2.0

Cimentaciones superficiales (suelos blandos)

4. Estabilidad global

Volcamiento fs w

cs + cv

 2.0

cv + cs Cimentaciones profundas

4. Estabilidad global

Deslizamiento Vn

*W

Vi

w

cs

cs

 1.5

4. Estabilidad global ls

Deslizamiento

le Vn O

 ( Vi * hi) + W * le + VS * hS + WS * ls

hi

Vi

w

hS

r vs ws

fs

 1.5 fs * r

4. Estabilidad global

d1

d2

Golpeteo

B

Nivel k

C A

d1  tot ,j + tot,j A

d2 

B tot ,k

B

+

C tot,k

4. Estabilidad global

Golpeteo d

tot 1

tot2

4. Estabilidad global

Golpeteo d

tot

1

tot

2

4. Estabilidad global, ejemplos de daños por golpeteo

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación

Suelo firme y buena cimentación Debe realizarse un diseño de estructura-cimentación-suelo que considere: • Efecto del suelo en la respuesta (amplificación) • Interacción suelo-estructura • Potencial de deslizamientos o licuación de suelos

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación

Suelo firme y buena cimentación ESTRUCTURA

CIMENTACIÓN

SUELO ROCA

Efecto del suelo en la respuesta sísmica

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Amplificación de la onda sísmica en el suelo ESPECTRO DE RESPUESTA DE ACELERACIONES

Sa (g)

SUELO

ROCA ZONA DE AMPLIFICACIÓN

T (s)

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Efecto del suelo en la respuesta

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Interacción suelo estructura

ESTRUCTURA

CIMENTACIÓN SUELO

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Compatibilidad de deformaciones suelo - cimentación

max > adm

max

Presión de contacto uniforme

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Incompatibilidad de deformaciones suelo - cimentación

max > adm

max

Presión de contacto no uniforme

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación Incompatibilidad de deformaciones suelo - cimentación

max > adm

max

Presión de contacto no uniforme

5. Compatibilidad con el suelo de cimentación CARACTERÍSTICAS DE LA CIMENTACIÓN

SUELOS

PENDIENTE

6. Sistema estructural apropiado Sistema estructural apropiado Un sistema estructural es un conjunto de elementos dispuestos y ensamblados de manera que pueden resistir y transmitir las cargas impuestas. Elementos componentes de un sistema estructural

Elementos horizontales

Elementos verticales

•

Vigas

•

Columnas

•

Losas o diafragmas

•

Muros

Elementos diagonales

6. Sistema estructural apropiado

Sistemas estructurales aceptados en la NSR-10 • SISTEMA DE PORTICOS

• SISTEMA DE MUROS

• SISTEMA MIXTO

•

Concreto Reforzado

•

Concreto Reforzado

•

•

Acero

•

Mampostería estructural

Muros + pórticos no arriostrados

•

Pórticos no arriostrados + pórticos arriostrados

•

Pórticos arriostrados

6. Sistema estructural apropiado Sistemas estructurales aceptados en la NSR-10 PÓRTICO

MUROS

COMBINADO DUAL

6. Sistema estructural apropiado Sistemas estructurales de pórticos

Diafragma rígido (losa)

Columna

Viga

6. Sistema estructural apropiado

Sistemas estructurales de muros

Muro Longitudinal

Diafragma Rígido (losa)

Muro Transversal

6. Sistema estructural apropiado Sistemas estructurales de muros

MURO DE CONCRETO

MURO DE MAMPOSTERÍA

PÓRTICO ARRIOSTRADO

6. Sistema estructural apropiado Configuración estructural Distribución estratégica de los elementos para resistir los efectos de las fuerzas conformando sistemas estructurales apropiados evitando las siguientes situaciones:

• • • • • •

Asimetrías que incrementen los efectos de torsión Cambios bruscos de rigidez y resistencia Columnas cortas Distribución irregular de masas Desplazamiento de elementos Diagramas flexibles

6. Sistema estructural apropiado

Se deben evitar asimetrías que incrementen los efectos de torsión

CR CR

CM e

ey

CM ex

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar cambios bruscos de rigidez y resistencia

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar cambios bruscos de rigidez y resistencia

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar columnas cortas

6. Sistema estructural apropiado Se debe evitar la distribución irregular de la masa

Se debe evitar el desplazamiento de elementos

6. Sistema estructural apropiado Se debe evitar el desplazamiento del plano de acción

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar sistemas no paralelos

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar lo diafragmas flexibles

CM

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar lo diafragmas flexibles

CM CM

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar los grandes voladizos

6. Sistema estructural apropiado Se deben evitar los grandes voladizos

Componente Vertical del Sismo

6. Sistema estructural apropiado CONFINAMIENTO Y REFORZAMIENTO DE MUROS

DETALLES DE VIGAS Y COLUMNAS DE CONFINAMIENTO

VIGAS DE AMARRE O CORONA

6. Sistema estructural apropiado CARACTERÍSTICAS DE LAS ABERTURAS

CARACTERÍSTICAS DEL ENTREPISO

CARACTERÍSTICAS Y AMARRE DE CUBIERTAS

7. Materiales competentes Materiales de construcción no permitidos en la NSR-10

Concreto simple

Muros sin refuerzo

Tapia (adobe)

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

8. Buena calidad de la construcción

Buena calidad en la construcción • • •

•

Realización de prácticas de construcción adecuadas. Cumplimiento estricto de los planos de diseño. Cumplimiento estricto de las especificaciones de resistencia y calidad de los materiales empleados. Estricta supervisión técnica.

8. Buena calidad de la construcción CALIDAD DE LAS JUNTAS DE PEGA

TIPO Y DISPOSICIÓN DE LAS UNIDADES DE MAMPOSTERÍA

CALIDAD DE LOS MATERIALES

8. Buena calidad de la construcción

9. Capacidad de absorber y disipar energía Capacidad de absorber y disipar energía P

CONCEPTOS DE DUCTILIDAD

Dy

Du

Ductilidad =

Dy

Du

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía P

Du

Ductilidad =

Dy

D Py Dy Pu Du

CONCEPTOS DE DUCTILIDAD

9. Capacidad de absorber y disipar energía

DU DY

DU DY

DU DY

Ductilidad Global DU

DY

9. Capacidad de absorber y disipar energía

cu c

Ductilidad local

 R

Ductilidad de = u curvatura y Ductilidad del acero =

 su y

Acero a compresión

 u

y

Eje neutro Acero a tracción

y

9. Capacidad de absorber y disipar energía Curvas esfuerzo deformación del acero y concreto  Acero grado 60

Acero grado 40

Concreto 

9. Capacidad de absorber y disipar energía Curvas esfuerzo deformación del acero y del concreto  Acero

Energía disipada

Concreto 

9. Capacidad de absorber y disipar energía Efecto del confinamiento en la resistencia y ductilidad del concreto 20

16

4090 psi 2010 psi

12

1090 psi

8

Presión de fluido de confinamiento

550 psi

4

Resistencia no confinada 25.2 N/mm²

0.01

0.02

0.03

0.04

Deformación (in/in)

0.05

0.06

0.07

9. Capacidad de absorber y disipar energía Confinamiento Concreto no confinado

Aros cuadrados

Hélice

Concreto no confinado

9. Capacidad de absorber y disipar energía Confinamiento

Formas de colocación de estribos

9. Capacidad de absorber y disipar energía Curvas esfuerzo deformación del concreto 

Concreto confinado

Concreto inconfinado



9. Capacidad de absorber y disipar energía Mecanismos de colapso en estructuras de pórticos

9. Capacidad de absorber y disipar energía Mecanismos de colapso en estructuras de pórticos Du

Columna Fuerte

Viga débil

9. Capacidad de absorber y disipar energía Mecanismos de colapso en estructuras de pórticos

Du

Columna débil

Viga fuerte

9. Capacidad de absorber y disipar energía

9. Capacidad de absorber y disipar energía

P1 P

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía D2

P2

P

Dy

Du

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía Dy

Py

P

Dy

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía D3

P3

P

Dy

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía D4

P4

P

Dy

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía D5

P5

P

Dy

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía Du

Pu

P

Dy

Du D

9. Capacidad de absorber y disipar energía

P Pu

Py Energía disipada

Energía absorbida Dy

Du

D

9. Capacidad de absorber y disipar energía Fuerza

DES

CAPACIDAD ESPECIAL DE DISIPACIÓN DE ENERGIA Fuerza

Deflexión

Deflexión

DMO

CAPACIDAD MODERADA DE DISIPACIÓN DE ENERGIA Fuerza

Energía disipada en un ciclo de histéresis Capacidad de disipación de energía en el rango inelástico

Deflexión

DMI

CAPACIDAD MINIMA DE DISIPACIÓN DE ENERGIA Fuerza

Deflexión

10. Fijación de elementos no estructurales

Fijación de 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.

10. Fijación de elementos no estructurales

Referencia

Este producto ha sido elaborado con base en el material elaborado por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica AIS, para el Fondo de Prevención y Atención de Emergencias de Bogotá - FOPAE (Ahora Instituto Distrital de Gestión de Riesgos y Cambio Climático - IDIGER), mediante el contrato CCS 240 de 2003 denominado "Proyecto desarrollo de herramientas y diseño del curso de capacitación de evaluadores de daños en edificaciones post-sismo".