Código Sísmico de Costa Rica Edición 2002

Transcripción

1 Edcón 2002 Resumen Ejecutvo Presentado a la Asamblea de Representantes del CFIA Preparado por Ing. Gullermo Santana, Ph.D. e Ing. Jorge Gutérrez, Ph.D.(LANAMME, UCR) 20 de novembre 2002 Nota: Referencas en paréntess especfcan capítulos y artículos del documento de marras: e.g. [5.2.b] 1. MARCO CONCEPTUAL DE LA NORMATIVA PROPUESTA Generaldades [1.1] Este documento establece los requstos mínmos para el análss, dseño y construccón ssmoresstente de edfcacones y obras afnes que se construyan en el terrtoro de la Repúblca de Costa Rca. El método de dseño propuesto esta gobernado por desplazamentos y deformacones nternas de los elementos consttutvos de cada edfcacón por cuanto ése es el efecto que nduce la accón sísmca sobre ellas. Esta normatva permte deformacones nternas nelástcas, sempre que se sgan todos las reglas en ella establecdas con el propósto de garantzar la ntegrdad y establdad de la edfcacón u obra afín. En la presente edcón se prohíbe por prmera vez de manera explícta la construccón de nuevas edfcacones utlzando adobe, tapal o bahareque relleno en todo el terrtoro costarrcense. El objetvo prmordal de la normatva es la proteccón de la vda humana y la ntegrdad físca de las personas. Adconalmente, se pretende reducr los daños materales y las pérddas económcas ocasonadas por los ssmos como una manera de mnmzar el mpacto socal de los terremotos. Objetvos de desempeño [1.2 y 4.1b] La normatva se ha escrto con la ntencón de que se alcanzen los sguentes objetvos de desempeño: Para estructuras de ocupacón normal ante ssmos severos se protege la vda de ocupantes y transeúntes, evtando el colapso parcal o total de la edfcacón. Para estructuras de ocupacón especal ante ssmos severos se garantza la operatvdad de las nstalacones nmedatamente después de ocurrdo el evento sísmco. Para estructuras resgosas y ante ssmos extremos se garantza la ntegrdad del nmueble de manera que se garantce la proteccón de la poblacón y del ambente. Para estructuras esencales y ante ssmos extremos se garantza la operatvdad de las nstalacones nmedatamente después de ocurrdo el evento sísmco.

2 CSCR DEMANDA SÍSMICA [2] Con el propósto de actualzar la estmacón de la demanda sísmca sobre las edfcacones en Costa Rca y ante la actvdad sísmca regstrada durante los últmos 16 años desde la segunda edcón del documento, en partcular la ocurrenca del terremoto de Lmón, se proponen tres zonas de dferentes nveles de amenaza sísmca representada como una expectatva de aceleracón pco efectva del terreno para cada zona. Para stos en roca, la aceleracón máxma efectva antcpada es de 0.4g para zona IV, 0.3g para zona III y 0.2g para zona II. El mapa adjunto presenta la zonfcacón propuesta. En ella se han ncludo consderacones de orden geográfco y polítco-admnstratvas de manera que cada uno de los 457 dstrtos del país están asgnados a una zona sísmca en partcular. Se ncluyen tambén todas las slas que forman parte del terrtoro costarrcense. Se consderan adconalmente cuatro tpos de cmentacón para las edfcacones. Son estos: Sto Tpo S1 Un perfl de suelo con alguna de las sguentes característcas: Un materal semejante a la roca, caracterzado por una velocdad de onda cortante superor a 760 m/s o por otros medos adecuados de clasfcacón. Condcones de suelo rígdo o denso, donde la profunddad del suelo es menor de 50 m. Sto Tpo S2 Un perfl de suelo con condcones predomnantemente de medanamente denso a denso o de medanamente rígdo a rígdo, cuya profunddad excede los 50 m. Sto Tpo S3 Un perfl de suelo con más de 6m de arclla de consstenca de suave a medanamente rígda o de suelos no cohesvos de poca o meda densdad. No ncluye perfles de más de 12 m de arclla suave.

3 CSCR-02-3 Sto Tpo S4 Un perfl de suelo caracterzado por una velocdad de onda cortante menor de 150 m/s o contenendo más de 12 m de arclla suave. Aceleracón pco efectva de dseño [2.4] La aceleracón pco efectva está dada para los dferentes stos de cmentacón de acuerdo a la sguente tabla Tabla 2.2. Aceleracón pco efectva de dseño a ef, para un período de retorno de 500 años y para dferentes zonas sísmcas y tpos de sto. Tpo de sto Zona II Zona III Zona IV S S S S CLASIFICACIÓN DE ESTRUCTURAS Y SUS COMPONENTES [4] En la presente normatva, toda edfcacón deberá ser clasfcada según su mportanca y resgo de su ocupacón o funcón. La clasfcacón utlzada aglutna en 5 grupos a todas las posbles edfcacones contempladas según la tabla adjunta: Tabla 4.1. Clasfcacón de edfcacones según mportanca y resgo Grupo Categoría Ocupacón o funcón de la edfcacón Factor I A Edfcacones e nstalacones Esencales Hosptales e nstalacones que poseen áreas de crugía o atencón de emergencas. Estacones de polcía y bomberos. Garajes y refugos para vehículos o avones utlzados para emergencas. Instalacones y refugos en centros de preparacón para emergencas. Termnales aeroportuaras y torres de control aéreo. Edfcacones y equpo en centros de telecomuncacones y otras nstalacones requerdas para responder a una emergenca. Generadores de emergenca para nstalacones pertenecentes al Grupo A. Tanques de almacenamento de agua y productos esencales. Estructuras que contenen bombas u otros materales o equpo para suprmr el fuego B C D Edfcacones e nstalacones Resgosas Edfcacones de Ocupacón Especal. Edfcacones de Ocupacón Normal Obras e nstalacones utlzadas para la produccón, almacenamento y trasego de sustancas o químcos tóxcos o explosvos. Obras que 1.50 contenen o soportan sustancas tóxcas o explosvas. Obras cuya falla puedan poner en pelgro otras edfcacones de los Grupos A y B. Edfcacones para actvdades educatvas con una capacdad mayor a 300 estudantes. Edfcos usados para colegos o educacón para adultos con una capacdad mayor a 500 estudantes. Edfcos para centros de salud con 50 o más pacentes resdentes ncapactados, 1.00 pero no ncludas en el Grupo A. Todas las edfcacones con una ocupacón mayor a 5,000 personas no ncludas en los Grupos A o B. Edfcacones y equpo en estacones de generacón de energía, y otras nstalacones públcas no ncludas en el Grupo A y requerdas para mantener operacón contnua. Todas las obras de habtacón, ofcnas, comerco o ndustra y cualquer otra edfcacón no especfcada en los Grupos A, B, C y E. 1.00

4 CSCR-02-4 E Edfcacones Msceláneas Construccón agrícola y edfcos de baja ocupacón. Galpones y naves de almacenamento de materales no tóxcos y de baja ocupacón. Tapas y muros de colndanca cuando no representan resgo elevado a transeúntes. Obras e nstalacones provsonales para la construccón Adconalmente, las recomendacones de la normatva usan como referenca los sguentes tpos estructurales [4.2]: Marco (acero, concreto y madera) Dual (combnacón de marcos y muros en donde los marcos tomen al menos el 25% de la demanda de cortante) Muro ( muros de concreto estructural o mampostería estructural o ben con marcos arrostrados de acero) Voladzo (tanques elevados, chmeneas, torres, naves ndustrales) Otros (todos los tpos estructurales que no pertenezcan a nnguno de las categorías anterores) Los requstos de regulardad tanto en planta como en elevacón son los sguentes [4.3] Requstos de regulardad en planta Eccentrcdad máxma. Separacón de frecuencas de osclacón laterales y rotaconales Sn entrantes n reduccones superores al 15% de la dmensón en planta correpondente Sn aberturas en el dafragma de más de un 50% del área bruta. Sstemas resstentes ortogonales o paralelos entre sí o ben smétrcos con respecto a los ejes ortogonales. Dos o más ejes de resstenca en cada dreccón ortogonal Requstos para regulardad en elevacón Contnudad desde la cmentacón hasta el nvel superor. Sn desfaces horzontales en nngún nvel. Contnudad de la rgdez a la tranlacón lateral. Dafragmas rígdos en todos los nveles excepto en el techo. Contnudad en la resstenca a fuerzas laterales. Dstrbucón homogénea de los pesos de cada nvel. Contnudad en la ubcacón de los centros de masa de cada pso. Ductldad de elementos y componentes [4.4.1] Se consderan dos nveles de ductldad Ductldad local óptma: Los elementos y componentes satsfacen los requstos para ductldad óptma defndos para cada materal estructural. De forma alterna, la capacdad de derva de sn pérdda de resstenca superor al 20% a verfcar medante pruebas.

5 CSCR-02-5 Ductldad local moderada: Los elementos y componentes satsfacen los requstos para ductldad moderada defndos para cada materal estructural. 4. COEFICIENTE SÍSMICO [5] El coefcente sísmco C se obtendrá a partr de sguente fórmula: donde: C = a ef = a ef I FED SR aceleracón pco efectva de dseño, expresada como fraccón de la gravedad, obtenda en la Tabla 2.2 para la zona sísmca y el sto de cmentacón correspondentes a la edfcacón. I = factor de mportanca de la edfcacón, según Tabla 4.1. FED = factor espectral dnámco, es la modfcacón en aceleracón que sufre un sstema de un grado de lbertad con respecto a la aceleracón del suelo y es funcón de la zona sísmca, del sto de cmentacón, de la ductldad global asgnada µ y del período. Este valor se presenta en los gráfcos adjuntos para stos en roca y suelo blando en la cudad de San José. SR = factor de sobre-resstenca según se defne en el Capítulo 3, ncso 3(d). Cuando se utlcen los métodos de análss estátco o dnámco de los artículos 7.4 y 7.5, la sobre-resstenca será gual a 2.0 para estructuras tpo marco, dual y muro, e gual a 1.2 para estructuras tpo voladzo y otros. Cuando se utlcen los métodos alternos de análss del artículo 7.7, la sobre-resstenca será 1.2 sobre la capacdad últma calculada en el análss, para todos los sstemas estructurales. Factor espectral dnámco, FED, para stos de roca, S1 - ZONA III (amortguamento ζ = 5%; ductldades µ= 1, 1.5, 2, 3, 4, 6) Factor espectral dnámco, FED, para stos de suelo S4 - ZONA III (amortguamento ζ = 5%; ductldades µ= 1, 1.5, 2, 3, 4, 6) 10,000 1,000 Elástco, µ=1.0 µ=1.5 µ=2 µ=3 µ=4 µ=6 10,000 Elástco, µ=1.0 µ=1.5 µ=2 µ=3 µ=4 µ=6 Pseudo aceleracón, g 0,100 Pseudo aceleracón, g 1,000 0,100 0,010 0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 Período (seg) 0,010 0,010 0,100 1,000 10,000 Período (seg)

6 CSCR FUERZAS DE DISEÑO, MÉTODOS DE ANÁLISIS Y DERIVA MÁXIMA Combnacones de carga [6.2] Se estpulan cuatro combnacones de carga de acuerdo a lo sguente [6.2]: donde: CU = 1.4 CP CU = (1.2 CP CT) CE CU = 1.05 CP + f 1 CT ± CS + CE CU = 0.95 CP ± CS + CE CU = carga últma. CP = carga permanente. CT = carga temporal. CS = carga sísmca. CE = carga por empuje. y donde el factor f 1 está dado por: f 1 = f 1 = f 1 = 0.5 para edfcacones de baja probabldad de ocupacón plena de carga temporal a la hora del ssmo. 1.0 para edfcacones con alta probabldad de ocupacón plena de carga temporal a la hora del ssmo, tales como: bodegas, stos de reunón públca, estaconamentos públcos, etc. 0.0 para techos. Análss y dseño smplfcado [17] Para vvendas de uno y dos psos, se presentan requstos descrptvos smplfcados para construccones de hasta 250 m² cuyas estructuras satsfagan algunas reglas específcas. Método de análss estátco [7.4] Se permte el uso del método de análss estátco para estructuras regulares en planta y elevacón con una altura de hasta cnco psos. donde: V = C W V = cortante en la base o valor total de las fuerzas sísmcas horzontales. C = coefcente sísmco obtendo según ndcacones del Capítulo 5.

7 CSCR-02-7 W N = W, peso total de la edfcacón para efectos sísmcos. = 1 W = peso asgnado al nvel, calculado para efectos sísmcos conforme al artículo 6.1. N = número total de psos del edfco. La dstrbucón de las fuerzas sísmcas por nvel está dada por la ecuacón: donde: F = V N W k = 1 W h k h k F = fuerza sísmca aplcada al nvel. V = cortante en la base. h = altura del nvel sobre el nvel de base. Las fuerzas sísmcas F se aplcarán en el centro de masa de cada nvel. El período natural de la edfcacón puede ser calculado por el Método de Raylegh. Método dnámco [7.5] Se debe utlzar en todos los casos en los cuales no es posble aplcar el método estátco. La combnacón modal debe efectuarse en concordanca con los métodos SRSS o CQC según sea pertnente. Métodos alternos de análss [7.7] Se permten dos métodos alternos de análss no lneal: el método de capacdad espectral con espectros nelástcos de ductldad constante combnado con análss de empuje lateral y análss no lneal de respuesta en el tempo. Consderacones de Torsón [7.5e] Todos los edfcos rregulares en planta deberán ser sometdos a un análss modal trdmensonal que consdere el acoplamento lateral torsonal ncludos al menos tres grados de lbertad por nvel. Consderacones de efecto P- [7.8.b] No se requere s se satsfacen las lmtacones de derva. Se requere s se utlzan los métodos alternos de análss para dervas de hasta 50% mayores que los límtes establecdos.

8 CSCR-02-8 Componentes drecconales [7.3] Para cada elemento la carga CS será la más crítca de las sguentes combnacones: CS = 1.0 CS x CS y CS = 0.3 CS x CS y donde CS x y CS y son las solctacones sísmcas en las dreccones horzontales x y y respectvamente. No se consdera el componente vertcal explíctamente. Estas combnacones no son requsto para edfcacones regulares en planta con sstemas ssmoresstentes paralelos u ortogonales entre sí. Desplazamentos nelástcos [7.8] Cuando se utlzan los métodos de análss elástcos, la derva nelástca se calcula medante: = e µ SR donde = derva nelástca entre psos e = derva elástca µ = ductldad de la edfcacón SR = sobre-resstenca Adconalmente, se estpula explíctamente que todas las edfcacones deberán estar separadas entre sí de tal manera que no haya posbldad de contacto cuando éstas se desplaxen una haca la otra sus respectvos desplazamentos nelástcos absolutos. Límtes de derva [7.8] En concordanca con la clasfcacón por ocupacón e mportanca y por tpo estructural, los límtes de derva se establecen en la sguente tabla: Sstema Estructural (según artículo 4.2) Tabla 7.2. Límte superor de derva / H Categoría de Edfcacón y Sstema Estructural Edfcacones A y C (Lmtacón Severa según artículo 4.1) (1) según Edfcacones B, D y E (Lmtacón Normal según artículo 4.1) tpo marco tpo dual tpo muro tpo voladzo tpo otros (1) H = h h 1, altura entre el nvel nferor y superor del pso.

9 CSCR-02-9 Ley de la repúblca para establecmento de la normatva propuesta La ley de la repúblca que establece la oblgatoredad de la promulgacón de la normatva propuesta es la 6119 del 9 de novembre de 1977, cuyo texto se transcrbe. Ley para el Establecmento de un Códgo Antsísmco en Obras Cvles Ley 6119 del 9 de novembre de 1977 (6082 Alcance Nº187 a la Gaceta Nº242) Artículo 1º Todas las construccones y obras cvles, que se realcen en el terrtoro naconal, deberán cumplr con normas mínmas de dseño y construccón antsísmcos. Artículo 2º El dseño y la construccón antsísmcos tendrán como fnes prncpales proteger la vda y la ntegrdad físca de las personas, asegurar la contnudad de los servcos esencales y mnmzar los daños a la propedad. Artículo 3º El Poder Ejecutvo dctará normas mínmas, por vía reglamentara, para lo cual recabará la opnón del Colego Federado de Ingeneros y Arqutectos en caldad de oblgado colaborador. Artículo 4º Las normas que dcte el Poder Ejecutvo deberán tener como propósto que todas las construccones y obras cvles así dseñadas y realzadas: resstan ssmos menores sn nngún daño; resstan ssmos moderados con algún daño no estructural; y resstan ssmos de gran ntensdad sn sufrr colapso, admténdose algún daño estructural, reparable en lo posble. Artículo 5º El ncumplmento de lo dspuesto en esta ley y en las normas reglamentaras que la complementen, se sanconará en la forma prevsta en los artículos 93 y 96 de la Ley de Construccones (Decreto Ley Nº 833 de 4 de novembre de 1949 y sus reformas). Artículo 6º Rge a partr de su publcacón.