Configuracion Sismica de Las Edificaciones

COLOQUIO: DISEÑO SISMICO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ASOCEM

CONFIGURACION SISMICA DE LAS EDIFICACIONES ING. ROBERTO MORALES MORALES

El término “configuración estructural”se refiere a la forma global del edificio como al tamaño, naturaleza y ubicación de los elementos estructurales y componentes no estructurales dentro de él.

Opciones de Sistemas Estructurales por las Condiciones Locales del Suelo

Suelo “Blando” (Período largo)

•

Usar edificaciones rígidas con período corto. Muro de corte

• •

Arriostre de acero Arriostre excéntrico

Sitio “Distante” (Período corto)

Usar edificaciones rígidas con período corto.

Sitio “Distante” (Período largo)

Usar edificaciones rígidas con período corto.

Suelo “Firme” (Período corto)

Usar edificaciones flexibles con período largo. • Pórtico de momento dúctil • Aislamiento en la base

Suelos pobres (Cimentación de pilotes)

Usar edificaciones rígidas de peso ligero. • Pórtico con arriostramiento de acero • Pórtico tubular de acero

¿QUE FACTORES INFLUYEN EN UNA BUENA CONFIGURACION ESTRUCTURAL?

ALTURA

ESCALA TAMAÑO HORIZONTAL

SIMETRIA

ESQUINAS

CONFIGURACION ESTRUCTURAL

REDUNDANCIA

DISTRIBUCION Y CONCENTRACION

RESISTENCIA PERIMETRAL PROPORCION

DENSIDAD DE LA ESTRUCTURA EN PLANTA

Escala A medida que aumenta el tamaño absoluto de una estructura, decrece el número de alternativas para su solución estructural. En una edificación menor es posible no considerar ciertos principios de configuración. Sin embargo, esto no implica que los edificios pequeños no tengan inconvenientes significativos.

Altura El período de un edificio no es sólo función de su altura, sino también de otros factores como la relación altura/ancho, altura de los pisos, materiales involucrados, sistemas estructurales, y la cantidad y distribución de la masa. En la actualidad, el enfoque no consiste en legislar sobre límites de altura, sino establecer criterios más específicos de diseño y comportamiento sísmicos.

Tamaño Horizontal Cuando una planta es extremadamente grande, el edificio puede tener dificultad para responder como una unidad a las solicitaciones sísmicas. Mientras más largo sea el edificio, mayor será la probabilidad de ocurrencia de estos esfuerzos y mayor será su efecto. Con el aumento en la longitud de un edificio, en un piso que se asume que se comporta como un cuerpo rígido - diafragma horizontal- , la rigidez puede ser insuficiente para redistribuir la carga sísmica.

Proporción Cuanto más esbelto sea un edificio mayores serán los efectos de volteo debido a un sismo y mayores los esfuerzos en las columnas exteriores. El equivalente en planta de la relación altura/ancho, o de esbeltez, es la relación de aspecto. Las formas largas y esbeltas son inconvenientes.

Simetría Cuando en una configuración, el centro de masa coincide con el centro de rigidez, se dice que existe simetría estructural. A medida que el edificio se vuelve más simétrico, se reducirá su tendencia a sufrir concentraciones de esfuerzos y torsión, y su comportamiento ante cargas sísmicas será menos difícil de analizar y más predecible.

Simetría Según investigaciones, el comportamiento sísmico de edificios es sensible a variaciones muy pequeñas de la simetría. La simetría va desde la simple geometría de la forma exterior hasta las distribuciones internas de elementos resistentes y componentes no estructurales

ASIMETRIA DEL SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA

Distribución y Concentración En un edificio con resistencia bien distribuida, los elementos compartirán igualmente las cargas.

Figura 1. Distribución de cargas.

Densidad de la Estructura en Planta Se define como el área total de todos los elementos estructurales verticales (columnas, muros, arriostres) dividida entre el área bruta del piso. En los edificios construidos en siglos pasados el tamaño y la densidad de los elementos estructurales son bastantes mayores que los de los edificios actuales.

Esquinas Los elementos de esquina usualmente están sometidos a fuerzas sísmicas mayores.

Figura 2. Daño producido en la esquina débil de un edificio en el sismo que sacudió la ciudad de Nazca en noviembre de 1996.

Resistencia Perimetral

Brazo de palanca Brazo de palanca

Figura 3. Ubicación de muros de corte para resistir los movimientos de volteo y torsión.

Redundancia Los elementos redundantes en condiciones normales de diseño no desempeñan una función estructural o están subesforzados con respecto a su resistencia. Son capaces de resistir fuerzas laterales si es necesario.

Elementos No Estructurales Toman Resistencia Sísmica

CODIGO PERUANO DE DISEÑO SISMORESISTENTE: CONFIGURACION ESTRUCTURAL

CATEGORIAS DE EDIFICACIONES EDIFICACIONES ESENCIALES. EDIFICACIONES IMPORTANTES. EDIFICACIONES COMUNES. EDIFICACIONES MENORES.

Se presenta una mayor exigencia en la categorización de las edificaciones como centros educativos y hospitales, debido a que su función no debe interrumpirse inmediatamente después del sismo.

CONFIGURACION ESTRUCTURAL -ESTRUCTURAS REGULARES -ESTRUCTURAS IRREGULARES

NORMAS PERUANAS SISMORRESISTENTES:

CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL • ESTRUCTURAS REGULARES Son las que no tienen discontinuidades significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas laterales

• ESTRUCTURAS IRREGULARES

Se definen como aquellas estructuras que presentan una o más de las características indicadas en la Norma de diseño Sismorresistente

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Piso Blando El piso blando se genera cuando hay una discontinuidad significativa de resistencia y rigidez entre la estructura vertical de un piso y el resto de la estructura. Esta discontinuidad se puede presentar debido a que un piso, por lo general el primero, es significativamente más alto que el resto, produciéndose así una disminución de rigidez.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Piso Blando “En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y muros, es menor que 85% de la correspondiente suma para el entrepiso superior, o es menor que 90% del promedio para los 3 pisos superiores. No es aplicable en sótanos. Para pisos de altura diferente multiplicar los valores anteriores por (hi/hd) donde hd es altura diferente de piso y hi es la altura típica de piso”.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Figura 4. Daño sísmico en una configuración con el piso blando en el primer nivel. Las grandes aberturas generan grandes distorsiones en ese piso.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Figura 5. Colapso total producido por un sismo en una edificación de dos niveles con un primer piso blando.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidad de Masa “Se considera que existe irrregularidad de masa cuando la masa de un piso es mayor que el 150% de la masa de un piso adyacente. No es aplicable en azoteas.” Se busca distribución uniforme de la masa como requisito para conseguir una adecuada respuesta sísmica. En los pisos que tienen mayor masa la fuerza sísmica es también mayor. Esta condición es más grave cuando la concentración de la masa ocurre en los últimos pisos ocasionando momentos de volteo.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidad Geométrica Vertical (escalonamiento vertical)

“La dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 130% de la correspondiente dimensión en un piso adyacente. No es aplicable en azoteas ni en sótanos”. Los tres más comunes son: - Las edificaciones con requisitos de zonificación en que los pisos superiores se escalonan hacia atrás para conservar la luz y el aire en los lugares adyacentes. - Las edificaciones con requisitos de programa cuando se necesitan pisos más pequeños a niveles más altos, y - Las edificaciones con requisitos de estilo relacionados con la forma volumétrica del edificio.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidad Geométrica Vertical (escalonamiento vertical)

Estos problemas son mayores: -Cuando algunos elementos verticales no llegan a los niveles inferiores. -Cuando se tiene el escalonamiento invertido.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Irregularidad Geométrica Vertical

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Discontinuidad en los Sistemas Resistentes “Desalineamiento de elementos verticales, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento de magnitud mayor que la dimensión del elemento.” Es importante que las fuerzas sigan trayectorias regulares y directas a través de líneas de resistencia continuas hasta alcanzar la cimentación.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA

Discontinuidad en los Sistemas Resistentes

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Irregularidad Torsional “Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos en los que el desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la tabla Nº 8 del artículo 15 (15.1) de la NTE E.030. En cualquiera de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1.3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto.” Se ha observado que la torsión en planta constituye una de las causas comunes de colapsos, principalmente en edificaciones de planta rectangular con muros en tres lados del perímetro.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Esquinas Entrantes “La configuración en planta y el sistema resistente de la estructura, tienen esquinas entrantes, cuyas dimensiones en ambas direcciones, son mayores que el 20% de la correspondiente dimensión total en planta.” Las configuraciones con esquinas entrantes plantean dos problemas: - Se produce una concentración local de esfuerzos en la esquina entrante, - La torsión: Se produce porque el centro de masa y el centro de rigidez no pueden coincidir geométricamente para todas las posibles direcciones de un sismo.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA

Discontinuidad del Diafragma “Diafragma con discontinuidades abruptas o variaciones en rigidez, incluyendo áreas abiertas mayores a 50% del área bruta del diafragma. La rigidez de un diafragma con discontinuidades abruptas o aberturas significativas puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal, durante un sismo, de elementos estructurales más débiles o dañados del edificio hacia los elementos más fuertes o hacia aquéllos que sufren menor daño.

TIPOS DE SOLUCIONES PARA LOS PROBLEMAS DE CONFIGURACIÓN Ciertos tipos obvios de soluciones están disponibles para el diseñador con la finalidad de atenuar los problemas de configuración estructural: •

Eliminar el problema, evitando o alterando la configuración global.

•

Separar los elementos que causan la discontinuidad.

•

Reforzar los elementos débiles.

•

Proporcionar adecuada transición entre elementos.

•

Minimizar la respuesta sísmica por medio de un sistema de aislamiento en la base.

ESTRUCTURAS DE ADOBE COLAPSADAS (MOQUEGUA 2001)

FIN