EVALUACIÓN DE CÓDIGO SÍSMICO (Original: Ingles) NICARAGUA Evaluación llevada a cabo por Guillermo Santana

Transcripción

1 EVALUACIÓN DE CÓDIGO SÍSMICO (Orgnal: Ingles) NICARAGUA Evaluacón llevada a cabo por Gullermo Santana NOMBRE DEL DOCUMENTO: Reglamento de Construccón que regrá el Terrtoro Naconal AÑO: 1983 COMENTARIOS GENERALES: Documento elaborado por un comté técnco bajo la supervsón del Mnstero de Vvenda y Asentamentos Humanos del Goberno de Reconstruccón Naconal de la Repúblca de Ncaragua. TEMAS ESPECÍFICOS: NOTA: Los números entre corchetes se referen a capítulos o artículos específcos del Códgo: [4.1.b] Los números entre paréntess se referen a temas de este documento: (ver 2.2) 1. ALCANCE 1.1 Conceptos explíctos. [Art. 1] La norma se aplca al dseño y construccón de edfcacones nuevas, así como a la reparacón y readaptacón de facldades exstentes. El msmo ncluye prescrpcones de carga para terremoto, vento y tambén sedmentacones de cenzas volcáncas, con la zonfcacón asocada. 1.2 Objetvos del Desempeño. [Art. 1] Los objetvos del desempeño se descrben como: a) evtar la pérdda de vdas y reducr la posbldad de daño físco a personas; b) resstr los temblores de terra más pequeños sn daños; c) resstr los terremotos moderados con daños estructurales leves y daños no estructurales moderados; d) evtar el hundmento de edfcacones causado por grandes terremotos, reducendo los daños a nveles económcamente admsbles y e) resstr efectos del vento y otras accones accdentales sn daño.

2 2. ZONIFICACIÓN SÍSMICA Y CARACTERIZACIÓN DE SITIO 2.1 Zonfcacón Sísmca (Caldad de Datos). [Art. 22] El país está dvddo en ses zonas sísmcas. Se asgna el nvel más bajo a la mtad nororental del país. Esta área, que se muestra en el mapa de abajo, cubre 80 por cento del ltoral carbeño y todas las terras bajas de esa regón. La otra la mtad del país está dvdda en las cnco zonas adconales, que aumentan en ntensdad a medda que rodean el Lago de Managua y la cudad captal del msmo nombre. El mapa es una dervacón del propuesto en un Estudo de Resgo Sísmco para Ncaragua drgdo en 1975 por el Centro de Terremotos John Blume en la Unversdad de Stanford, Calforna, EE.UU. Este estudo fue contratado después del devastador terremoto del 23 de Dcembre, de 1972 con epcentro bajo Managua que mató a más de 8,000 personas. Se presta atencón consderable a ese evento. Es de nterés partcular notar que la zona de subduccón no se juzga como una fuente más severa de terremoto en esta zonfcacón propuesta. Otro hecho mportante es que la mayoría de la poblacón estaba localzada en las zonas 5 y 6 en el momento de publcacón de este documento. Otros eventos mportantes han tendo lugar después de la publcacón de este documento como es el caso del terremoto y tsunam de1992 que afectó a Rvas, cerca de la frontera con Costa Rca, mostrada en el mapa. 2

3 2.2 Nveles de Intensdad Sísmca. [Art. 11] Se consderan tres nveles de ntensdad sísmca. Aunque no se declara explíctamente, a una ocupacón normal se le asgna un nvel de grupo II (ntensdad sísmca), la ocupacón especal se nombra grupo I y se le asgna un ncremento varable en la ntensdad dependendo de la zonfcacón (21% a 45%, donde, cuanto mayor es el resgo menor es el ncremento). El grupo II ncluye facldades esencales y de alto resgo. Fnalmente, el grupo III ncluye estructuras asladas, bodegas, graneros, slos y facldades smlares. Para ellos se asgna un factor de reduccón que está entre el rango de 85% y 91% del valor dado para el grupo II. Estos factores se presentan mplíctamente en los [Cuadros 9 a 14]. 2.3 Consderacones de Falla Cercana. Nnguna consderacón de falla cercana se proporcona en este documento. 2.4 Requstos de Sto. [Art. 23] Se establecen tres tpos de suelo. Se dan defncones de suelo suave, medano y duro en térmnos de profunddad de estratos y número de soplos o arrastres N. En stuacones donde las propedades del suelo no son conocdas en detalle sufcente para determnar el tpo de perfl de suelo, se utlzará el perfl de suelo medano. Para los stos propensos a lcuacón, no se permte el uso de tpos de suelo defndos en el [Art. 23]. Los tres tpos de suelo ayudan a defnr el contendo de frecuenca del paquete del espectro de respuesta de aceleracón. 2.5 Clasfcacón de Sto. [Art. 23] Se dan defncones de sto y los coefcentes asocados en el cuadro sguente Tpo Cuadro 1. Coefcentes de Sto Descrpcón Duro Un perfl de suelo ya sea con : (a) Roca de cualquer tpo, dura y consstente o suave o meteorzada, o (b) Condcón de suelo rígdo o denso donde la profunddad de suelo es menor de 60 m, N > 50, para suelos no cohesvos y N > 30 para suelos cohesvos. Medano Suave Un perfl de suelo donde la profunddad del suelo excede 60 m ya sea con: (a) Arena o grava de compactacón medana a alta (50 > N > 21), o (b) Lmos y/o arclla medanamente rígdos a rígdos (30 > N > 9). Un perfl de suelo que contene 10 m de espesor de ya sea: (a) arcllas suaves a medanamente rígdas con o sn capas ntermedas de suelos no cohesvos o cohesvos (2 < N < 8) (b) suelos no cohesvos flojos a frmes (0 < N < 20) 2.6 Aceleracones Pco en Terra (Horzontales y Vertcales). [Art. 22] Se defnen aceleracones pco en terra horzontales en térmnos del coefcente C que se presenta en [Cuadros 9 a 14], como una funcón del tpo de la estructura, ocupacón y caldad de construccón [Cuadros 1 y 2]. Las aceleracones pco están en el rango de 0.026g en Zona 1 a 0.452g en 3

4 Zona 6 para ocupacón normal. El componente vertcal de movmento de terra no es consderado en estas regulacones. 3. PARÁMETROS PARA LA CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL 3.1 Ocupacón e Importanca. [Art. 11] Se defnen tres categorías. I facldades Esencales/Alto Resgo y Ocupacón Especal (1.21 < I < 1.45); II Estructuras de Ocupacón Normal (I = 1.0); III Estructuras de Ocupacón Mscelánea (0.84 < I < 0.91) que ncluye lo sguente: Cuadro 3. Grupos de Ocupacón Grupos de Ocupacón Tpo de Ocupacón o Funcón de la Estructura I II III Facldades Esencales / Alto Resgo y Ocupacón Especal Estructuras de Ocupacón Normal Estructuras de Ocupacón Mscelánea Hosptales y otras facldades que tenen áreas de crugía y tratamento de emergenca o grandes facldades de almacenaje para sumnstros médcos; estacones de bomberos y polcía; tanques u otras estructuras que contenen, alojan, o sostenen agua u otros materales o equpo para combatr ncendos requerdos para la proteccón de facldades esencales o de alto resgo, o estructuras de ocupacón especal; mercados públcos; plantas de tratamento de aguas negras; plantas generadoras de energía, ncluyendo líneas de transmsón y subestacones; edfcos de los gobernos local y naconal; cárceles; estados; estructuras y equpo en los centros de comuncacón y otras facldades requerdas para respuesta a emergencas; emsoras de rado; estructuras que alojan, sostenen o contenen cantdades sufcentes de sustancas tóxcas, explosvas o radactvas; edfcos de alta ocupacón destnados a asamblea públca; edfcos para escuelas o centros de cudado durante el día; museos; termnales de transporte aéreo y terrestre; bblotecas; estructuras que alojan artículos especalmente costosos. Los edfcos de alta ocupacón destnados a asamblea públca (Iglesas, Cnes, Audtórum, Mercados); edfcos de baja frecuenca de alta ocupacón tales como: Hoteles, Edfcos de Ofcnas, Fábrcas, Bancos, Edfcos Comercales, Restaurantes, Resdencas, Facldades Clíncas, Estacones de Servco para Vehículos. Todas las otras estructuras cuyo derrumbe puede poner en pelgro estructuras lstadas en grupos I o II. Todas las estructuras asladas no clasfcadas en nnguno de los grupos anterores tales como bodegas, estructuras comercales de menos de 100 m², talleres de reparacón, graneros, slos, postes, cercos,. Todas las otras estructuras cuyo derrumbe no pondrá en resgo estructuras lstadas en grupos I o II. 3.2 Sstemas Estructurales. [Art 12] Se defnen cnco sstemas estructurales y un valor K se asgna a cada uno. Este valor K es un factor de caldad de sstema que dentfca el nvel aceptable de la demanda de deformacón nelástca. Así msmo, las lmtacones de altura especfcadas como límtes sobre el número de psos se asgnan a cada sstema. 4

5 Cuadro 4. Tpos Estructurales Tpo Estructural Sstema de Resstenca de Fuerza Lateral Descrpcón K 1 Úncamente marcos dúctles de resstenca de momento Combnacón de marcos dúctles de resstenca de momento y muros 0.80 ssmorresstentes. 3 Combnacones de marcos no dúctles de resstenca de momento y muros 1.00 ssmorresstentes. 4 Estructuras de uno o dos psos hechas de muros ssmorresstentes Úncamente muros ssmorresstentes o marcos reforzados Todas las estructuras no clasfcadas como tpos 1 a Tanques elevados Regulardad Estructural: [Art 10, 14, 30 y 39] El artículo 10 establece que, como una condcón para mejorar el desempeño sísmco de edfcacones, debería tomarse en consderacón la smetría en masa y las dstrbucones de rgdez y la elusón de cambos abruptos en la resstenca lateral. Más adelante, en el [Art. 14], se utlzan requstos de smetría para asgnar un grado a cada sstema estructural según se defne en el [Cuadro 1]. Regulardad Estructural se defne en la parte nferor del [Cuadro 1] como sgue: Smétrca (sc) cuando la excentrcdad es gual o menor que 10%, Smetría Regular (sc) cuando la excentrcdad está entre 10% y 20%. El [Art. 30] defne límtes de excentrcdad para la consderacón de efectos Torsonales cuando se usa el método estátco equvalente. El [Art. 39] establece un procedmento para la consderacón de cambos bruscos en la resstenca lateral sólo como una reduccón en las tensones permtdas en el dseño. 3.4 Redundanca Estructural. No se ha consderado explíctamente. 3.5 Ductldad de elementos y componentes. [Art. 10, 12, 35] [Art. 10] Se establece como un lneamento conceptual que el dseño debería basarse en consderacones de ductldad para garantzar mejor desempeño estructural. Más adelante, en el [Art. 12] se establece que los requstos de ductldad especal se aplcan a marcos de concreto reforzado resstentes a momento para la Zona 6. Así msmo, en el [Art. 35] se proveen lneamentos para la determnacón de fuerzas de dseño para elementos y juntas de los tpos estructurales 2 y 3 conforme al dseño de resstenca fnal. El documento no hace referenca alguna a los requstos de ductldad para materales de construccón específcos. 4. ACCIONES SÍSMICAS 4.1 Espectros de Respuesta Elástcos (Horzontales y Vertcales). Se defnen las accones sísmcas en térmnos de la masa y rgdez de la estructura. Se dan tres métodos para los cálculos numércos. Estos son el método smplfcado [Art. 29], el método estátco equvalente [Art. 30] y el método dnámco [Art. 31]. Los espectros de respuesta elástcos son defndos para ambos métodos de análss, el equvalente estátco y el 5

6 dnámco. En el prmer caso un factor de reduccón ( ) 0.5 D= λ T, donde λ es 0.5 para suelos medanos y duros, para T > 0.5 s. y 0.8 para suelos suaves, para T > 0.8 s, se prescrbe como factor de modfcacón para el conjunto de coefcentes sísmcos C dados en los [Cuadros 9 a 14]. Para el segundo caso se aplca una reduccón lneal adconal en el coefcente sísmco C a estructuras con perodo T menor que 0.1 s. De manera que el coefcente es fnalmente reducdo a la mtad para T = 0. Estos coefcentes representan el valor superor para las fuerzas sísmcas como funcón de zona sísmca, ocupacón, tpo estructural y grado. 4.2 Espectros de Dseño. [Art. 33] Los Espectros de Dseño se defnen en térmnos del valor d T el cual es una funcón de los coefcentes K y D defndos en el [Art. 12] y [Art. 23] respectvamente. Esta relacón está dada como K = D dt y sgue las recomendacones dadas en el estudo de resgo sísmco para Ncaragua menconado en (2.1). 4.3 Representacón de hstoras del tempo de aceleracón. No se han consderado hstoras del tempo de aceleracón explíctamente. 4.4 Desplazamento de Terra del Dseño. El desplazamento de terra del dseño no está explíctamente consderado. 5. FUERZAS DE DISEÑO, MÉTODOS DE ANÁLISIS Y LIMITACIONES DE DESVÍO 5.1 Combnacones de Carga ncluyendo los Efectos de Carga Sísmca Ortogonal. Combnacones de Carga se dan en el [Art. 32] como: a) Dseño de Resstenca Fnal. u C = 1.7 CM + CV 1 u 2 ( ) ( ) C = CM + CV + S o P u C3 = 0.8CM + S b) Dseño de Tensón Permsble. e C = CM + CV 1 e C = CM + CV S o P 2 C = 0.80CM S donde CM = Carga muerta CV = Carga vva S = Accón sísmca horzontal P = Presón o fuerza de vento e 3 6

7 Los Efectos de Carga Sísmca Ortogonal son consderados en el [Art. 25] donde se establece que para los tpos estructurales 1, 2 y 3, los elementos vertcales y sus cmentos deben ser dseñados para 100% del efecto en una dreccón más 30% de la carga vertcal debdo a la accón sísmca en la dreccón ortogonal. Para el tpo estructural 7 y todas las estructuras smlares, éstas deben ser dseñadas para 100% del efecto en una dreccón más 50% de la carga vertcal debdo a la accón sísmca en la dreccón ortogonal. 5.2 Procedmentos de Análss Smplfcado y Dseño. Se da un procedmento de análss smplfcado en el [Art. 29] para edfcacones de menos de 12 m de altura. Así msmo, la edfcacón debe cumplr con lo sguente: a) para cada nvel, al menos 75% de las cargas vertcales serán llevadas por muros undos por dafragmas rígdos, donde los muros podrán ser construdos con concreto reforzado, mampostería encerrada o reforzada, según las especfcacones del materal de construccón correspondente; b) para cada nvel y cada dreccón de análss, debería haber al menos dos muros paralelos o cas paralelos (formando un ángulo de menos de 20 ), donde la junta entre cada muro y el dafragma rígdo debería cubrr al menos 50% de la longtud de la edfcacón en la dreccón de los muros, así msmo estos muros deberían no tener una dferenca de más de 70% en su longtud, estar hechos del msmo materal y estar colocados en lados opuestos; c) la dmensón de altura a la base más pequeña no debería exceder 1.5: d) la proporcón de longtud a anchura de la base no debería ser mayor que 2.0, excepto en los casos en que para propóstos sísmcos, la estructura podrá ser consderada como consttuda por módulos separados que satsfacen esta condcón así como los requstos del [Art. 29]; e) estructuras de madera de hasta 6 m de altura, con dafragmas flexbles que cumplan con las Normas Técncas emtdas por el Mnstero de Vvenda y Asentamentos Humanos del Goberno de Reconstruccón de Ncaragua. 5.3 Procedmentos del Método Estátco. Se prescrbe un Método Estátco Equvalente en el [Art. 30]. La fuerza total es dstrbuda a través de la altura de la estructura conforme a las sguentes relacones, para el nvel para el nvel superor F n F = α Wh = 1 Wh n = 1 Wh S ( 1 α ) n n = α + n Wh S S 7

8 α = 1 cuando T 0.5 s. α = 0.95 cuando 0.5 T 1.0 s. α = 0.90 cuando T 1.0 s. n S = Fj j= donde: α = Coefcente para dstrbucón de fuerza de ssmorresstenca a través de la altura de la edfcacón. F = Fuerza horzontal aplcada en el nvel. h = Altura del nvel medda desde la base. W = Peso del pso calculado conforme al [Art. 32]. 5.4 Métodos de Superposcón Modal. [Art. 31] Es requerdo cuando no se permte el Método Estátco Equvalente. El número de modos debería ser al menos tres o todos los modos cuyo perodo modal excede 0.4 s. La combnacón modal se hará utlzando el procedmento de la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS) para estmar los valores máxmos resultantes. 5.5 Métodos No Lneales. No se prescrben Métodos No Lneales en este documento. 5.6 Consderacones Torsonales. [Art. 30] Se requere como parte del Método Estátco Equvalente y no podrá ser menor que una torsón accdental causada por ncertdumbres en la ubcacón de cargas (5 por cento de la dmensón de la edfcacón). 5.7 Lmtacones de Desvío. [Art. 34] El desvío de pso es calculado como δ = dtδ donde δ es el desplazamento horzontal del centro de masa obtendo por análss elástco sn consderacón de torsón y usando el coefcente d T asgnado para cada tpo estructural lstado en [Art. 34] y reproducdo abajo Tpo K d t El desvío de pso calculado no excederá los valores dados en el cuadro sguente, bajo la prevsón de que ventanas, fachadas y otros adornos frágles sean ubcados de manera que se evte daño debdo a dstorsón. 8

9 Desvío de Pso Permsble Tpo de Edfcacón Lmtacón de Desvío Estructura de mampostería 0.003h Estructura de concreto 0.006h Estructura de acero 0.009h h la altura de pso a pso 5.8 Consderacones de Interaccón Suelo-Estructura. No se ha hecho consderacón de la nteraccón suelo-estructura. 6. VERIFICACIONES DE SEGURIDAD. 6.1 Separacón de Edfcacones. [Art. 38] Todas las estructuras estarán separadas de estructuras adyacentes por una dstanca gual a 5 cm en cada nvel, pero por no menos que 4δ calculado con respecto a la base y donde δ se toma de acuerdo al [Art. 34]. 6.2 Requermentos para Dafragmas Horzontales. [Art. 6 & 12] Se requere que los dafragmas de pso y techo cumplan con la sguente condcón: 6 w 10 F = qL donde F es el factor de rgdez del centro del dafragma, w es la desvacón debdo a ssmorresstenca aplcada en el centro del dafragma en cm, q es la ssmorresstenca promedo en el dafragma en kg/m a través de una longtud L. Para losas de concreto reforzado es posble aplcar la sguente formula: F = 1.0 t W 3 fc donde t es el espesor de la losa en cm, W es el peso del concreto en kg/m³ pero mayor que 1450 kg/m³, f c es la resstenca de compresón del concreto a los 28 días en kg/cm², y F es el factor de rgdez en mcrocm/m de longtud lbre para y para ssmorresstenca por undad en kg/m. Como se afrmó en (3.2), el [Art. 12] defne los dferentes tpos estructurales permsbles. Ahí se hacen las recomendacones específcas para la utlzacón de dafragmas flexbles versus rígdos. Los dafragmas flexbles son permsbles para el tpo estructural 1 úncamente para edfcacones de hasta 3 psos con la condcón de que los marcos dúctles sean dseñados para fuerzas laterales calculadas utlzando la anchura trbutara por marco. Para el tpo estructural 2, dafragmas flexbles para edfcacones de hasta 3 psos tambén son permsbles con la condcón de que haya al menos un muro conectado a los marcos en cada eje de cada pso de la edfcacón y que tambén sean dseñados para fuerzas laterales calculadas consderando la anchura trbutara. El tpo 3 requere dafragmas rígdos, a pesar de que la defncón no deja 9

10 en claro s para edfcacones de hasta 3 psos es permsble usar dafragmas flexbles con la condcón menconada anterormente. El tpo 4 claramente permte el uso de dafragmas flexbles y fnalmente, el tpo 5 claramente afrma que este tpo de estructuras tendrá dafragmas rígdos. 6.3 Requermentos para Cmentos. [Art. 37] Este artículo da una recomendacón para el dseño de cmentos que no está sustentada en nngún tpo de análss numérco. Smplemente dce que el dseño debería prevenr asentamentos dferencales, especalmente en suelos de capacdad de toleranca baja. Se hace referenca a un documento acompañante ttulado Normas Técncas para Fundacones al cual este revsor no tuvo acceso durante la evaluacón. 6.4 Consderacones de P-. Efectos de P- no son consderados explíctamente en este documento. 6.5 Componentes No Estructurales. [Art. 36] Se dan requstos en forma de una fuerza sísmca de dseño smplfcado para partes y porcones de estructuras y sus accesoros, componentes permanentes no estructurales y sus accesoros, y los accesoros para equpo permanente sostendo por una estructura. La fuerza sísmca de dseño lateral total es F P = C P W P donde C p se defne en el [Art. 36] y un cuadro de valores mínmos tambén se provee en el msmo artículo. 6.6 Prevsones para el Aslamento de la Base. No se hacen prevsones para el Aslamento de la Base. 7. EDIFICIOS RESIDENCIALES PEQUEÑOS Edfcos resdencales pequeños son aquellos consderados en este documento como los que conssten de sstemas de resstenca lateral de Tpo Estructural 4 [Art. 12]. Conforme al [Art. 28] este tpo de edfcos puede ser analzado usando el método smplfcado [Art. 29]. No se da consderacón a torsón, momento de volcamento n desvío para este método de análss. 8. PREVISIONES PARA EDIFICACIONES EXISTENTES Se dan prevsones para las edfcacones exstentes úncamente en cuanto a que requere que cualquer readaptacón hecha debería cumplr con el msmo nvel de fuerzas prescrto para nuevas edfcacones el cual obvamente es muy alto para la mayoría de las facldades exstentes. Así msmo, se hacen prevsones para la asgnacón de ductldad lmtada para edfcacones exstentes que están sendo readaptadas. 10

11 RECOMENDACIONES PARA MEJORAR EL CÓDIGO El comté redactor en Ncaragua merece un gran elogo por la produccón de este documento bajo condcones de mucha dfcultad durante Sn embargo la presente evaluacón ha revelado que las prevsones ncaragüenses actuales necestan ser actualzadas urgentemente. No se ncluye nnguna seccón de comentaro n se ntenta proporconar nformacón de antecedentes en forma de Observacones al fnal del Capítulo IV donde un ejemplo de cálculo de fuerzas laterales se presenta. Esto claramente debería r en una seccón de Comentaros que lamentablemente hace falta. Por el lado postvo, se debe tomar en cuenta el hecho de que esta Norma ncluye prevsones para facldades resdencales pequeñas y tambén consdera cargas ocasonadas por sedmentacones de cenza provenentes de actvdad volcánca. Esta característca hace falta en todos los documentos centroamercanos consultados. 11