INGENIERÍA ANTISÍSMICA 1 DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
TEORIAS SOBRE GENERACION DE SISMOS
PREDICCIÓN SÍSMICA TEORÍA DEL SILENCIO SÍSMICO
MEDIDA DE LOS SISMOS
Magnitud Cuantitativo Ej. Sismo de 1970; 7.8 Intensidad. Percepción humana y efectos sobre las construcciones y la naturaleza I-XII.
Escalas de Magnitud: Ms, Mb, Ml, Mw Escalas de Intensidades: MM, MSK MMA – 2001 I No sentido. Solo registro instrumental II – V Percepción humana VI – IX Daños en construcciones X – XII Efectos sobre la Naturaleza
EFECTOS SÍSMICOS, ESCALA MM
VI IX
VII FALTA UNA FIGURA MAS
VIII
XI
PELIGRO O AMENAZA SÍSMICA
INFLUENCIA DEL SITIO
REGISTROS DE SISMOS DE GRAN MAGNITUD Influencia del sitio
REGISTRO DE ACELEROGRAMAS
TSUNAMIS “Grandes olas en la costa”
VICTIMAS Y DAÑOS CAUSADOS POR TSUNAMIS
En Sanriku, Japón: 20000 víctimas en 1896 y 3000 en 1933
Callao, Perú, 1746, de 5000 habitantes sólo se salvaron 200
Sur de Chile 1960, 1000 víctimas
TSUNAMI, EFECTOS REGIONALES, 23.06.2001
DAÑOS AL SUR DE CAMANA 2001
IMPACTO & EROSION
SALINIZACION
GENERACIÓN DE TSUNAMIS
Gran mayoría, origen tectónico (Embolo de forma elíptica)
Erupciones volcánicas
Grandes deslizamientos
MAGNITUD DE TSUNAMIS (Según Imamura) Magnitud
Altura m
0 1
1a2 2a3
2
4a6
3*
10 ~ 20
4*
> 30 m
Daños No hay Inundación. Viviendas de madera y adobe dañadas. Botes arrastrados. Construcciones de madera. Embarcaciones y personas arrastradas
Graves daños en 400 km costa Destrucción > 500 km costa
* Usar con reserva, fuera de Sanriku, Japón
FACTORES QUE AFECTAN MAGNITUD DE TSUNAMIS
Magnitud sismo y profundidad focal
Área dislocada en el fondo oceánico
Ruta de propagación
Ángulo de entrada a la bahía
Forma de la bahía
Topografía zona inundada
PROPAGACIÓN DE TSUNAMIS Curvas de refracción Tsunami, Lima 03.10.1974
MAPA DE INUNDACIÓN DEL CALLAO
RIESGO COMPUESTO Colapso de viviendas/tsunamis
COMPLEJO DE REFUGIO TEMPORAL
LECCIONES DE UN ENSAYO DE EVACUACIÓN (1988) • Formulación del plan
• Supervisión y evaluación
• Ensayos previos de evacuación
• Evaluación integral
• Difusión
DAÑOS ESTRUCTURALES EN EDIFICACIONES DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
«...a las personas no los mata el sismo, sino los edificios»
Kliachko M.A.
MAPA SISMICO DEL PERU
ACTIVIDAD SISMICA EN EL PERU ENTRE 1960-1995
ENSEÑANZAS DEJADAS POR LOS SISMOS EN EL PERU
SISMO DE CHIMBOTE 31 DE MAYO DE 1970
EPICENTRO
MAPA DE INTENSIDADES ZONA NORTE
MAPA DE INTENSIDADES ZONA CENTRAL
MAPA DE INTENSIDADES ZONA SUR
PLAZA DE ARMAS DE YUNGAY DESPUES DEL SISMO
SISMO DE NAZCA 12 DE NOVIEMBRE DE 1996
MAPA DE INTENSIDADES
900 REPLICAS
PROBLEMAS EN JUNTAS
SISMO DE OCOÑA 23 DE JUNIO DEL 2001
REPLICAS AL 25 DE JUNIO DEL 2001
REPLICAS AL 27 DE JUNIO DEL 2001
REPLICAS AL 10 DE JULIO DEL 2001
COLUMNA CORTA
SISMO DE MOYOBAMBA 03 DE OCTUBRE DEL 2005
DAÑOS EN VIVIENDAS DE TAPIAL
LICUACION DE SUELOS Y AGRIETAMIENTOS
ENSEÑANZAS DEJADAS POR LOS SISMOS EN EL MUNDO
SISMO DE ALASKA 27 DE MARZO DE 1964
EDIFICIO DE LA CALLE L
ROTULAS PLASTICAS EN LAS COLUMNAS
LICUACION DE SUELOS
CIUDAD DE SEWARD DESPUES DEL TSUNAMI
VISTA DE ANCHORAGE
SISMO DE CARACAS 29 DE JULIO DE 1967
CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN LAS COLUMNAS DEBIDO AL CAMBIO DE RIGIDEZ EL EL 3ER PISO
DERRUMBE DE LOS 4 ULTIMOS PISOS DEL EDIFICIO MANSION CHARAIMA(11 PISOS)
FALLA EN CONEXION VIGA COLUMNA
FALLA POR CORTE EN COLUMNA DEL 1ER PISO
FALLA POR CORTE EN LAS VIGAS
PISO BLANDO
SISMO DE MEXICO 19 DE SETIEMBRE DE 1985
CONFIGURACION EN “L”
CENTRAL DE TELECOMUNICACIONES
SISMO DE KOBE 17 DE ENERO DE 1995
DESTRUCCION DE VIVIENDAS
FALLA POR TIPO DE SUELO
ESTADO DE LA LINEA EXPRESA
INCENDIO EN LA FABRICA DE ACERO ESTRUCTURAL
COMUNICACION TEMPORAL
MAREMOTO
REFUGIO DE DAMNIFICADOS
COLAS PARA OBTENER ALIMENTOS
INSCRIPCION DE DAMNIFICADOS
ZONA DE PREVENCION ANTE POSIBLES REPLICAS
PROCESO DE RECONSTRUCCION
KOBE DESPUES DEL SISMO DEL 17 DE ENERO DE 1995 Y EN LA ACTUALIDAD
CRITERIOS ESTRUCTURALES Y GEOTECNICOS EN EDIFICACIONES Es el armazón que le da forma a un edificio (Esqueleto) Sostiene a un edificio, lo fija al suelo y hace que las cargas se transmitan a éste Lo que hace resistente a una edificación ante movimientos sísmicos
ARQUITECTURA
ESTRUCTURACIÓN PRE-DIMENSIONAMIENTO METRADO CARGA VERTICAL 100%CM+100%CV
No
METRADO CARGA LATERAL (SISMO) 100%CM+___%CV
MODELACIÓN 1
MODELACIÓN 2
ANÁLISIS POR CARGA VERTICAL
ANÁLISIS POR CARGA LATERAL
CONTROL 1 , 2
Ok
Ok
DISEÑO ESTRUCTURAL
CONTROL 3
No
NORMA DISEÑO SÍSMICO
Controles por carga vertical 1) Capacidad Portante: Resistencia del terreno E030 – 2006 PERFIL
SUELO
qa (kg/cm2)
S1
RIGIDO
>3
S2
INTERMEDIO
1.2 – 3
S3
FLEXIBLE E030 – 2014
S0
ROCA DURA
>6
S1
MUY RIGIDO
3–6
S2
INTERMEDIO
1.2 – 3
S3
FLEXIBLE
2) Asentamiento
2.1) Asentamiento tolerable: Consecuencia del proceso constructivo (cohesión molecular del suelo)
E030 - 2006 PERFIL
SUELO
St (cm)
S1
Rígido
S2
Intermedio 0.5 – 1
S3
Flexible
C1 kg/cm3
3–6
1 – 1.5
E030 – 2014 S0
Roca
0
S1
Rígido
6 – 12
S2
Intermedio 0.5 – 1
3–6
S3
Flexible
1 – 1.5
2.2) Asentamiento diferencial: Es la diferencia que se produce entre las zapatas en relación una con otra.
Evitar pérdida de estabilidad de la superestructura
Control por carga lateral (sismo)
Control de desplazamiento lateral o control de deriva (drift) ∆4
F4
H4
∆3
F3
H2
∆1
F1
-Se procede a realizar las combinaciones de cargas según E060
H3
∆2
F2
Evitar perdida de estabilidad
H1 Δi-1
Δi-Δi-1
Δi-Δi-1 100
Hi
Hi
β ∆i-1
-Si no cumple, es un Edificio Flexible, por lo tanto se debe reforzar.
REQUISITOS PARA MUROS CONFINADOS SEGÚN NORMA E070
PREDIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM-Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
LOSAS ALIGERADAS:
El peralte de las losas aligeradas podrán ser dimensionadas considerando el siguiente criterio: H=Ln/25 Siendo: Ln – longitud del lado menor
H = altura o espesor total de la losa aligerada y por tanto incluye los 5cm de losa superior y el espesor del ladrillo de techo. Los ladrillos serán de 12, 15, 20 y 25cm respectivamente
El Arquitecto y el Ingeniero Civil deberán tener en cuenta la determinación de la altura de piso a piso, el espesor anteriormente indicado y la consideración de 5cm adicionales para el denominado piso terminado
LOSAS MACIZAS:
Las losas macizas pueden ser dimensionadas en forma aproximada, considerando: Hmaciza = Haligerada – 5cm
También se puede aplicar el siguiente criterio: H=L/40 Siendo: L – longitud del lado mayor
PREDIMENSIONAMIENTO DE VIGAS Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre. Debe aclararse que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso El ancho es variable de 1/2 a 2/3 veces su altura, teniendo en cuenta un ancho mínimo de 25cm, con la finalidad de evitar el congestionamiento del acero y presencia de cangrejeras
PREDIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Las columnas al ser sometidas a cargas axiales y momento flector, tienen que ser dimensionadas considerando los dos efectos simultáneamente, tratando de evaluar cual de los dos es el que gobierna en forma más influyente en dimensionamiento En base a todo lo indicado se puede recomendar el siguiente criterio de dimensionamiento:
1)
COLUMNAS CENTRADAS : Área de columna = P (servicio) / 0,45f„c
2)
COLUMNAS EXCENTRICAS Y ESQUINADAS : Área de columna = P (servicio) / 0,35f‟c
Siendo: P(servicio) = P . A . N Edificios categoría A (ver E030) P = 1500 kg/m2 Edificios categoría B (ver E030) P = 1250 kg/m2 Edificios categoría C (ver E030) P = 1000 kg/m2 A – área tributaria N – número de pisos
METODO PRACTICO 1 TIPO 1 : lado = H/8 TIPO 2 : lado = H/10 TIPO 3 : lado = H/9 Donde: H = altura del piso
METODO PRACTICO 2 El lado de la columna debe ser entre el 80% y 90% del peralte de la viga
PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS Es difícil poder fijar un dimensionamiento para las placas puesto que, como su principal función es absorber las fuerzas de sismo, mientras más importantes sean, tomarán un mayor porcentaje del cortante sísmico total, aliviando más a los pórticos. Las placas pueden hacerse mínimo de 10cm de espesor (muros de ductilidad limitada), pero generalmente se consideran de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el numero de pisos o disminuyamos su densidad
ANALISIS SISMICO ESTATICO DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
CRITERIOS DE MODELACION ESTRUCTURAL 1) DIAGRAMA RIGIDO LA LOSA TRABAJA COMO UNA PLACA HORIZONTAL DONDE EL MOVIMIENTO DE CADA NUDO DEPENDERA DEL MOVIMIENTO DEL CENTRO DE MASA
SAP 2000
DIAFRAGMA CONTRAIDO
CM2
CM1
CG
CM Debe alinearse lo mas cercano posible (evitar daños en los elementos de corte por torsión diferente en cada piso)
2) BRAZO RIGIDO
VIGA - COLUMNA INICIO c/2 FINAL d/2 FACTOR 1
COLUMNA - ZAPATA
INICIO z/2 FINAL 0 FACTOR 1
RESTRICCIONES CINEMÁTICAS
ANALISIS ESTATICO POR LA NORMA PERUANA E030-2014
Base empotrada
Base aislada
junta sísmica
DAÑOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO SISMICO
Irregularidades en altura (Tabla N 8)
131
Irregularidades en planta (Tabla N 9)
Junta Sísmica (Art. 5.3) Distancia mínima que separa a dos estructuras para evitar el contacto durante un sismo.
La distancia no será menor a 2/3 de la suma de los desplazamientos máxima en los bloques adyacentes:
Junta Sísmica
Fuerza Sísmica de Diseño (Art. 5.4)
“Si un muro o pórtico absorbe > 30% Vtotal será diseñado con un 25% adicional”
ANALISIS SISMICO DINAMICO DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
Análisis Modal Análisis Sísmico
=
+ Análisis Espectral
ANALISIS MODAL
T1 = 0,1 . (Npisos) (seg)
OFICINA DE PROYECTO
APLICA 3 MODOS POR CADA PISO FRECUENCIA (Hz)
PERIODO (seg)
MODO
MODO 1 2 3 4 3 6 7
1 2 3 4 3 6 7
MASAS
ACELERACION ESPECTRAL 2014
FACTOR DE ESCALA
INTERACCION SUELO-ESTRUCTURA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH – Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM - Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008
ES UN TRABAJO CONJUNTO SUELO – CIMENTACION – SUPERESTRUCTURA TRABAJO MAS REAL Y CUMPLE LOS FINES DE LA INGENIERIA SISMORESISTENTE ENFOQUE TRADICIONAL : EMPOTRAMIENTO EN LA BASE (ESTRUCTURA MUY ENTERRADA Y EL SUELO ES MUY RIGIDO)
ENFOQUE ISE GEOTECNICO - Comité TC207 de ISSMGE www.issmge.org ESTRUCTURAL – Normas de Diseño Sismo-Resistente – utilizando coeficientes de rigidez
www.tc207ssi.org
www.georec.spb.ru
www.niiosp.ru
APORTES DE LA ISE AL CALCULO ESTRUCTURAL - MAYOR EXIGENCIA EN EL CONTROL DE DESPLAZAMINETO LATERAL (SE INCREMENTA EN COMPARACION CON EL MODELO EMPOTRADO EN LA BASE)
- LOGRA UNA MEJOR REDISTRIBUCION DE ESFUERZOS (SE REDUCEN LAS FUERZAS INTERNAS DE DISEÑO POR SISMO, SI EL EDIFICIO ESTA CORRECTAMENTE MODELADO, CASO CONTRARIO SE INCREMENTARA
Δ.emp < Δ.ISE F.emp > F.ISE - DETERMINAN FALLAS A PRIORI COMO ALABEO EN LOSAS
ALABEO EN LOSAS 2
3
Z1 Z3 + Z2 Z4 - +
1
4
- SE DETERMINA CON EXACTITUD LA UBICACIÓN DE LAS ROTULAS PLASTICAS EN COLUMNAS (PUEDE GENERAR COLAPSO O DAÑO INESPERADO) ROTULA PLASTICA (ALTA CONCENTRACION DE ESFUERZOS
I.col > I.viga
EVITA UNA RAPIDA APARICION DE ROTURA PLASTICA
- LOGRA UNA OPTIMIZACION ESTRUCTURAL
ZAPATAS AISLADAS (PARALELEPIPEDO RECTANGULAR) MASAS (Mx, My, Mz, Mφx, Mφy, MΨz) COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz, Kφx, Kφy, KΨz)
MATERIAL E zapata = 9.10e8T/m2 μ zapata = 0,05 Zapata se modela como infinitamente rígido
(tn.s²/m)
(tn.s².m)
(tn.s².m)
(tn.s².m)
PLATEA (LAMINA RECTANGULAR DELGADA) MASAS (Mx, My, Mz, Mφx, Mφy, MΨz) COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky, Kz, Kφx, Kφy, KΨz) MATERIAL E platea = 9.10e8 tn/m² μ platea = 0,05 Platea se modela como infinitamente rígido
(tn.s²/m)
(tn.s².m)
(tn.s².m)
(tn.s².m)
MODELO BARKAN - SAVINOV 1) PRESION ESTATICA ZAPATA
PLATEA
(kg/cm²)
(kg/cm²)
2) COEFICIENTE Co (tabla 2.1 texto) 3) COEFICIENTE Do
Coeficiente de POISSON
4) COEFICIENTES ( Cx, Cy, Cz, Cφx, Cφy) (kg/cm³)
(kg/cm³)
(kg/cm³)
(kg/cm³)
5) COEFICIENTES DE RIGIDEZ
Kx = Ky = Cx.A
(tn/m)
Kz = Cz.A
(tn/m)
Kφx = Cφx.Ix
(tn.m)
Kφy = Cφy.Iy
(tn.m)
MODELO NORMA RUSA 1) COEFICIENTE Cz (kg/cm³)
Siendo: A10 = 10 m² A = AREA DE CIMENTACION
2) COEFICIENTES Cx, Cy, Cφx, Cφy, CΨz ) Cx = Cy = 0,7 Cz
(kg/cm³)
Cφx = Cφy = 2Cz
(kg/cm³)
Cφz =Cz
(kg/cm³)
3) COEFICIENTES DE RIGIDEZ (Kx, Ky; Kz, Kφx, Kφy, KΨz) Kx = Ky = Cx.A (tn/m)
Kz = Cz.A
(tn/m)
Kφz = Cφx.Ix
(tn.m)
Kφy = Cφy.Iy
(tn.m)
KΨz = CΨz.Iz
(tn.m)
Iz = Ix + Iy
¡MUCHAS GRACIAS!
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