EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA

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1 1. Historia breve de los sismos en Colombia. 2. Sismo de Popayán Código Colombiano de construcciones sismo resistentes: CCCSR Sismo de México de Código Colombiano: NSR Sismo de Armenia de 1999: Microzonificación en ciudades 7. Sismo de Cali de Código Colombiano: NSR-10; Títulos J y K. 9. Construcciones actuales en Colombia. 10. Otras experiencias. Juan Raúl Solarte G. EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA

2 EXPERIENCIA DE COLOMBIA Zona de subducción FUENTE DE LOS SISMOS

3 EXPERIENCIA DE COLOMBIA PLACAS TECTONICAS

4 EXPERIENCIA DE COLOMBIA SISMOS DE MAYOR INTENSIDAD EN EL MUNDO

5 EXPERIENCIA DE COLOMBIA JAPON Fuente de sismos

6 EXPERIENCIA DE COLOMBIA Mapa de amenaza sísmica Sismos en Colombia

7 POPAYAN: MARZO DE 1983, MAGNITUD 5.6 PROFUNDIDAD 30 KMS Edificios de vivienda de 5 pisos Construcciones sector histórico Este sismo de mediana intensidad fue el punto inicial para el primer código colombiano de construcciones sismo resistentes CCCSR-84. Se basó en las publicaciones del ATC-3 que AIS en 1978 divulgó en el país. Los mayores daños ocurrieron en sectores populares, en el sector histórico y en edificios de estructura aporticada, en estos la flexibilidad sobrepasaba todo límite: mínimos tamaños de columnas, nudos sin confinamiento. Antes de la este código los diseños se basaban en las normas Americanas: ACI, SEAOC.

8 CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES CCCSR-84 CCCSR-84 un hito en la Ingeniería Comentarios al código Por ser la primera norma en nuestro país la AIS, hizo una gran labor de divulgación. Se basó en las publicaciones del ATC-3 y SEAOC que AIS publicó en el país. Los capítulos eran: requisitos de diseño, cargas, concreto reforzado, mampostería estructural, edificaciones de 1 y 2 pisos, estructuras metálicas y sobre sanciones. Se cambió por fin la forma de diseñar, revisar y construir, basándose en una norma legal. AIS hizo el estudio de riesgo sísmico general para poder adoptar los valores de aceleración, los cuales se necesitaban para el diseño sismo resistente.

9 MEXICO DF:SEPT DE 1985, MAGNITUD 8.1, PROFUNDIDAD 15KMS Colapsos por discontinuidades Colapso de edificios por excesiva flexibilidad Este sismo significó y produjo enormes interrogantes al diseño sismo resistente. Colapsaron 350 edificios y el 85% de estos tenían placas con columna-capitel sin conexión con vigas. A raíz de este evento y otros similares se producen cambios en las normas, en nuestro caso se modificó el límite del control de la deriva, había que pasar de 1.5% a 1% de la altura de los entrepisos, se necesitaba controlar la flexibilidad de los entrepisos. También más control en la forma de considerar la irregularidades en planta y en altura. La ingeniería sísmica estudió en detalle este caso para aprender de las experiencias.

10 NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE NSR-98 Se corrigieron las debilidades de la norma del 84: daños graves en edificios de 5 pisos o menos, excesiva flexibilidad con daños en elementos no estructurales; daños en columnas por falta de estribos en nudos, daños en mampostería reforzada por falta de práctica en su manejo,. Se tuvo en cuenta que el 86% de los colombianos vivimos en zona de alto riesgo sísmico. Tal vez lo más importante fue el cambio en los sistemas estructurales utilizados. Se dan normas específicas para el diseño de los elementos no estructurales La filosofía de la norma ahora es proteger la vida humana y los bienes de las personas.

11 NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE NSR-98 NSR-98 Una norma actualizada; comentarios tomados del prólogo: Colombia es uno de los países donde más se usa el sistema de pórticos de concreto reforzado; este tiene muchas ventajas desde el punto de vista arquitectónico y de facilidad constructiva, pero es excesivamente flexible ante los sismos lo cual conduce a una desprotección de los acabados. Esto se ha resuelto a nivel mundial con el uso de muros estructurales para minimizar la flexibilidad. El uso de esta nueva norma para propugnar el cambio en los sistemas estructurales ha tenido una incidencia definitiva en la construcción de vivienda, sus costos y comportamiento durante los sismos. La limitación de la irregularidad en los edificios es ahora fundamental para el control de daños y comportamiento a cargas laterales; en la norma de 1984 solamente había advertencias pero no requisitos formales para limitar las irregularidades. En la norma 84 no existían detalles sobre elementos no estructurales. Se acoge el tema de otros materiales estructurales como aluminio y madera.

12 ESTRUCTURA PUNTUAL Juan Raúl Solarte G. COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS Carga lateral Deformada Pórtico Desplazamiento alto Presenta deformación muy grande en los pisos inferiores.

13 ESTRUCTURA DE MUROS COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS Carga lateral Deformada Muro Bajo desplazamiento Funciona como un elemento en voladizo. con bajas deformaciones en los pisos inferiores.

14 ARMENIA: 1999, MAGNITUD 6.4, PROFUNDIDAD 33KMS Colapso de casas de 2 pisos Colapso de edificios por excesiva flexibilidad Produjo daños el colapso de viviendas de 1 y 2 pisos y edificios de 4 y 5 pisos. Hubo 2000 muertos y 50 edificios colapsaron, para un sismo de mediana intensidad se considera como un daño excesivo. De los 50 edificios solamente 9 eran anteriores a la norma de Las razones: mala calidad en la construcción, localizados sobre suelos blandos, y los estudios de aceleraciones habían subestimado el coeficiente de sitio que en algunos lugares alcanzó un valor de 2, cifra esta muy alta no contemplada en la norma, No se consideraron los efectos locales: fallas activas, suelos blandos y topografía.

15 MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez Lili Cali En las principales ciudades de Colombia se emprendieron estudios de microzonificación sísmica, clasificando las zonas dependiendo de la amenaza sísmica y de acuerdo con la aceleración esperada en cada sitio. Estos estudios permitieron la racionalización en los diseños y construcción de las edificaciones y hacerlas seguras a los sismos.

16 MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez Lili Cali Espectro Microzonificación Sísmica Espectro Titulo A

17 CALI, N0V 15 DE 2004, MAGNITUD 6.7,PROFUNDIDAD 10KMS Daños en edificios en zona Av=0.40 Hospital con daños no estructurales El epicentro fue en la zona de subducción del pacífico, frente a las costas de Chocó. Se presentó una aceleración máxima de 0.10g, en zonas donde hay estratos de arcillas saturadas de más de 20 metros de espesor. En el caso de la Clínica Farallones los daños en elementos estructurales fueron tan generalizados que se desocupó durante 3 años y su reparación excedió los costos de la construcción misma. Con este sismo se pudo constatar la gran importancia de los efectos locales sobre las estructuras, especialmente el factor de sitio.

18 CALI, N0V 15 DE 2004, CLINICA FARALLONES Coeficiente Cs con la norma CCCSR-84: 0.39g Av=0.25 aceleración pico efectiva I= 1.3 coeficiente de importancia ocupacional S=1.2 factor de sitio Coeficiente Cs con la norma NSR-98: 0.77g Av= 0.4 aceleración pico efectiva I= 1.3 coeficiente de importancia S=1.2 factor de sitio P=0.81 irregularidad en planta y altura Clínica Farallones consolidada estructuralmente con riostras metálicas La norma de 1984, no consideraba las irregularidades de la estructura. Los valores de aceleración pico efectiva son sensiblemente diferentes. Como resultado de este análisis comparativo, el cortante basal obtenido con cada una de las normas es muy diferente y difieren en un 97%. Con este chequeo se puede concluir que la estructura no era adecuada para las condiciones de la nueva norma.

19 CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES NSR-10 Una norma a la última moda: Diciembre 15 de 2010 Juan Raúl Solarte G. Coeficiente Cs con la norma NSR-10 Aa= Aceleración pico efectiva Av= Velocidad pico efectiva I= Coeficiente de importancia ocupacional Fa=Coeficiente de amplificación, períodos cortos Fv= Coeficiente de amplificación, intermedios R= Coeficiente básico disipación de energía, ahora afectado por irregularidades en planta, altura y redundancia, este último nuevo. T= Período de vibración en segundos. Con avances y actualizaciones importantes. El título C, estructuras de concreto se toma de la norma ACI 2008, es idéntico. Se cambiaron significativamente los títulos A,B,C,F y se agregaron los capítulos J y K. Al igual que la norma anterior se basa en las experiencias vividas en los últimos, o sea en la última década. El cortante basal en esta nueva norma se puede incrementar entre un 15 a un 20%, comparado con la norma NSR-98.

20 ACEL ESPECTRAL [Sa] CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES NSR-10 Solarte y Cia. Juan Raúl Solarte G. Propietario: EDIFICIO BELMONTE Calculó: Ing. Fabio A. Rivera Proyecto: VULNERABILIDAD BELMONTE Revisó: Ing. Juan Raúl Solarte Localización: CALI Hoja: Contenido: Espectro de Diseño-NSR-10 Fecha: 19/06/2012 ESPECTRO DE DISEÑO NORMA NSR-10 Aa [g]: 0.25 Aa*Fa*I: 0.33 Av [g]: *Aa*Fa*I: 0.81 Fa: 1.3 To [s]: 0.15 Fv : 1.9 Tc [s]: 0.70 I: 1 Tl [s]: PERIODO T [SEG] Espectro de diseño según la norma NSR-10

21 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Vivienda de varios pisos Edificios en Armenia Colombia Edificio Rio Apartamentos Como se pudo constatar en los sismos mencionados y debido al mal comportamiento de los edificios de pórticos de concreto, hoy en día un 80-90% de los edificios de vivienda se construyen con estructura de muros de concreto. Voy a mostrar algunos ejemplos de los edificios construidos o en construcción..

22 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Multifamiliares de 5 pisos Vivienda de interés social 5 pisos Al principio se trabajo en edificios de pocos pisos, normalmente 5 pisos. Vivienda de Interés social como Santa Elena, 3200 apartamentos de 47 m2. Hoy en dia se construyen desde casas de 1 y 2 pisos hasta edificios en altura pisos

23 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Edificio de 26 pisos Medellín Esquema de los muros en 2 direcciones Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos. Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados en las 2 direcciones principales de la estructura.

24 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Casa de 2 pisos Condominios de casas de clase media Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos. Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados en las 2 direcciones principales de la estructura.

25 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Edificios en altura Arquitectura compleja, hay soluciones Se pueden diseñar y construir edificios en altura. Edificios de arquitectura compleja se afrontan con ciertos detalles especiales, buscando la continuidad estructural de sus elementos principales y teniendo especial cuidado en la ubicación de muros en los 2 sentidos.

26 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO Refuerzo vs número de pisos Comparación con otros sistemas Las cuantías de refuerzo dependen básicamente del número de pisos y de la exigencia sísmica de la zona. La comparación de los sistemas de muros de carga vs los pórticos de concreto favorece ampliamente al sistema de muros.

27 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Clínica Amiga Comfandi Cali Localización de los aisladores Otra alternativa que se ha empezado a usar en Colombia es la de aislar las estructuras en la base. Hasta la fecha hemos diseñado 5 proyectos, el primero ya está en funcionamiento, otro en construcción, el tercero en fase de presupuesto y 2 en proceso de diseño.

28 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Prueba de un aislador se desplaza 114 centímetros

29 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Periodo Fundamental Base Fija Periodo Fundamental Aislamiento en la Base Comparación de la aceleración: Estructura Fija y Aislada, la aceleración baja de 0.62 a 0.16 de g.

30 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Clínica Imbanaco en construcción: m2 Aislador en proceso de fabricación Esta clínica es un reto enorme por la complejidad del terreno donde se construye y por estar localizada en la zona de mayor riesgo sísmico dentro de la ciudad. Aunque hay muchas clases de aisladores se escogieron estos por la basta experiencia de los fabricantes.

31 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Planta de localización de los aisladores

32 ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE Un aislador durante el sismo de Japón de 2011

33 EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA

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