Leonardo Flores Subdirección de Vulnerabilidad Estructural

Transcripción

1

2

3 Leonardo Flores Subdirección de Vulnerabilidad Estructural

4 Aceleración Efecto del sismo en las estructuras V m a F=m a m k Aceleración del terreno Aceleración del terreno Aceleración del terreno Tiempo t, s 4

5 Comportamiento sísmico de viviendas Fuerzas inducidas por el sismo Los muros laterales soportan las fuerzas sísmicas y las transmiten a la cimentación El techo rígido distribuye las cargas sísmicas hacia los muros a la vez que forma una liga entre ellos 5

6 Elementos estructurales de una vivienda Cimentación, transmiten al terreno los esfuerzos producto de las cargas verticales (inducidas por el peso de la propia construcción, su contenido y sus ocupantes) y horizontales (inducidas por la acción del sismo o viento); Muros de carga. Son los elementos fundamentales encargados de resistir las fuerzas sísmicas y transmitir las cargas verticales y laterales a la cimentación; Techos y entrepisos. En el caso de sistemas rígidos (losas de concreto, de tabique u otros) los techos y entrepisos transmiten las fuerzas sísmicas horizontales hacia los muros, permitiendo que estas fuerzas se distribuyan entre los elementos estructurales más adecuados para resistir su acción. Además, participan para mantienen unidos a dichos muros con lo que permiten que su funcionamiento sea en conjunto. 6

7 Desempeño sísmico de una vivienda 1) Unión entre el techo y los muros.- asegura la adecuada transmisión de las fuerzas inducidas por el sismo; 2) Rigidez del techo.- un techo construido con materiales como concreto, vigueta y bovedilla y similares, garantiza una mejor transmisión de las fuerzas horizontales hacia los muros, además los mantiene ligados entre sí; 3) Las fuerzas laterales que se generan son directamente proporcionales al peso de techos y muros. Por tanto, la construcción de vivienda con materiales ligeros como, madera, bajareque, entre otros, tienen menor demanda sísmica 7

8 Tipos de vivienda basado en información técnica Tipo Características de la edificación Muros de mampostería reforzada con castillos y dalas, mampostería reforzada con castillos y dalas y malla y mortero o mampostería de piezas huecas con refuerzo interior y con techos rígidos. Muros de mampostería reforzada con castillos y dalas o mampostería de piezas huecas con refuerzo interior y con techos flexibles. Muros de mampostería deficientemente reforzada con dalas y castillos o mampostería de piezas huecas con refuerzo interior insuficiente y con techos rígidos. Muros de mampostería deficientemente reforzada con dalas y castillos o mampostería de piezas huecas con refuerzo interior insuficiente y con techos flexibles. 5 Muros de mampostería simple con techo flexible. 8

9 Tipos de vivienda basado en información técnica Tipo Características de la edificación 6 Muros de mampostería simple con techo rígido. 7 Muros de adobe con techo rígido. 8 Muros de adobe con techo flexible. 9 Muros construidos con estructura de madera con cubierta de lámina (asbesto, metálica o madera), estructura metálica con cubierta de lámina (asbesto, metálica o madera). El sistema de techo está compuesto por materiales flexibles. 10 Muros de material flexible con techo flexible. 9

10 10

11 Tipos de piezas de mampostería Tabique de barro recocido Tabique multiperforado de barro recocido Tabique hueco de barro recocido Piezas macizas de cemento arena (Tabicón) Bloque hueco de concreto Mampostería de piedras naturales 11

12 separación de dalas Mampostería confinada 3 m dala en pretiles 50 cm losa castillos en pretiles Refuerzo en aberturas H dala en todo extremo de muro y a una distancia no mayor de 3 m H t refuerzo en el perímetro de aberturas castillos en intersección de muros t 10 cm ; H t 30 ; separación de castillos altura libre del muro entre elementos capaces de darle apoyo lateral espesor de la mampostería del muro 4 m 1.5 H 12

13 Mampostería reforzada interiormente Refuerzo vertical en pretiles y horizontal en pretiles mayores a 500 mm s v 6 t 80 cm Refuerzo en aberturas si dimensión ¼ sep. refuerzo 60 cm H t 30 A sv s v t s h 6 hiladas 60 cm t 10 cm dala A sh s h separación 3 m (doble celda reforzada) A sv área del acero de refuerzo vertical colocada a una separación v s, H altura libre del muro entre elementos capaces de darle apoyo lateral, t espesor de la mampostería del muro, s v separación del acero de refuerzo vertical en el muro, y s separación del acero de refuerzo horizontal en el muro. h 13

14 Mampostería MAL confinada Sin refuerzo en extremos de muro ni en uniones pretiles sin refuerzo losa Aberturas sin refuerzo en su perímetro Sin refuerzo en el perímetro de las aberturas 14

15 Mampostería MAL confinada 15

16 Formato de evaluación INFORMACIÓN GENERAL Propietario: Dirección oficial: FORMATO PARA TIPOLOGÍA DE VIVIENDA Fecha: Versión junio-2006 (Anotar: calle, no., lote, manzana, colonia, municipio/deleg., población/ciudad, estado. Entre calles A y B) Edad de la construcción: Modificaciones sufridas: Coordenadas (geo-referencia): Longitud: N, Latitud: O ASPECTOS ARQUITECTONICOS Regularidad en planta: buena (simétrica), mala: Número de niveles: altura de entrepiso m Muros suficientes en dos direcciones : si no Dimensiones generales: Frente: m; Largo: m ASPECTOS ESTRUCTURALES Contó con asesoría profesional: si no MUROS Piezas de mampostería Tabique macizo de barro recocido Tabique hueco de barro recocido (extruido "tabique aparente") Tabique multiperforado de barro recocido Tabique macizo de concreto (tabicón de cemento-arena) Bloque hueco de concreto Piedras naturales Espesor de muros: cm Ligeros o débiles Enramado cubierto de palma o fibra vegetal Enramado cubierto de lodo (embarro o bajareque) De madera de materiales precarios De madera con diagonales De madera contrachapada (triplay) y diagonales Adobe Simple (sin elementos de refuerzo) Confinado con castillos y dalas o malla y mortero Mampostería Simple (sin elementos de refuerzo o confinamiento) Con refuerzo interior dudoso y sin supervisión profesional Deficientemente confinada (aberturas sin refuerzo) Reforzada interiormente (hay supervisión profesional) Adecuadamente confinada (refuerzo en aberturas) Concreto Concreto colado en el lugar Paneles prefabricados TECHOS Flexible Material de desecho Enramado cubierto de palma o fibra vegetal (Palma, Tejamanil, etc.) Madera Lámina de cartón asfáltico Lámina de plásticos o fibra de vidrio Lámina metálica (zinc) Lámina de asbesto Teja de barro Tipo de anclaje del techo hacia los muros: CIMENTACIÓN Descripción: Rígido Vigas de acero con bóveda de tabique Vigas de acero con delgada de tabique (bóveda catalana) Losa de concreto reforzado Prefabricados (vigueta-bovedilla u otros) Geometría Plano (horizontal) A un agua A dos aguas Otro: Espesor de la losa de concreto o tabique: cm CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TIPOLOGÍA: Sismo Viento ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS No. de habitantes: Servicios: agua entubada, drenaje, luz 16

17 Formato de evaluación, 1 de 3 INFORMACIÓN GENERAL Propietario: Dirección oficial: FORMATO PARA TIPOLOGÍA DE VIVIENDA Fecha: Versión junio-2006 (Anotar: calle, no., lote, manzana, colonia, municipio/deleg., población/ciudad, estado. Entre calles A y B) Edad de la construcción: Modificaciones sufridas: Coordenadas (geo-referencia): Longitud: N, Latitud: O ASPECTOS ARQUITECTONICOS Regularidad en planta: buena (simétrica), mala: Número de niveles: altura de entrepiso m Muros suficientes en dos direcciones : si no Dimensiones generales: Frente: m; Largo: m ASPECTOS ESTRUCTURALES Contó con asesoría profesional: si no MUROS Ligeros o débiles Enramado cubierto de palma o fibra vegetal Piezas de mampostería Enramado cubierto de lodo (embarro o bajareque) Tabique macizo de barro recocido De madera de materiales precarios Tabique hueco de barro recocido (extruido "tabique aparente") De madera con diagonales Tabique multiperforado de barro recocido De madera contrachapada (triplay) y diagonales 17

18 Modificaciones sufridas: Formato de evaluación, 2 de 3 ASPECTOS ARQUITECTONICOS Regularidad en planta: buena (simétrica), mala: Muros suficientes en dos direcciones : si no Número de niveles: altura de entrepiso m Dimensiones generales: Frente: m; Largo: m ASPECTOS ESTRUCTURALES Contó con asesoría profesional: si no MUROS Piezas de mampostería Tabique macizo de barro recocido Tabique hueco de barro recocido (extruido "tabique aparente") Tabique multiperforado de barro recocido Tabique macizo de concreto (tabicón de cemento-arena) Bloque hueco de concreto Piedras naturales Espesor de muros: cm Ligeros o débiles Adobe Enramado cubierto de palma o fibra vegetal Enramado cubierto de lodo (embarro o bajareque) De madera de materiales precarios De madera con diagonales De madera contrachapada (triplay) y diagonales Simple (sin elementos de refuerzo) Confinado con castillos y dalas o malla y mortero Mampostería Simple (sin elementos de refuerzo o confinamiento) Con refuerzo interior dudoso y sin supervisión profesional Deficientemente confinada (aberturas sin refuerzo) Reforzada interiormente (hay supervisión profesional) Adecuadamente confinada (refuerzo en aberturas) Concreto Concreto colado en el lugar Paneles prefabricados TECHOS Flexible Material de desecho Enramado cubierto de palma o fibra vegetal (Palma, Tejamanil, etc.) Madera Lámina de cartón asfáltico Rígido Geometría Vigas de acero con bóveda de tabique Vigas de acero con delgada de tabique (bóveda catalana) Losa de concreto reforzado Prefabricados (vigueta-bovedilla u otros) 18

19 Simple (sin elementos de refuerzo o confinamiento) Con refuerzo interior dudoso y sin supervisión profesional Deficientemente confinada (aberturas sin refuerzo) Reforzada interiormente (hay supervisión profesional) Adecuadamente confinada (refuerzo en aberturas) Formato de evaluación, 3 de 3 Espesor de muros: cm Concreto Concreto colado en el lugar Paneles prefabricados TECHOS Flexible Material de desecho Enramado cubierto de palma o fibra vegetal (Palma, Tejamanil, etc.) Madera Lámina de cartón asfáltico Lámina de plásticos o fibra de vidrio Lámina metálica (zinc) Lámina de asbesto Teja de barro Tipo de anclaje del techo hacia los muros: CIMENTACIÓN Descripción: Rígido Vigas de acero con bóveda de tabique Vigas de acero con delgada de tabique (bóveda catalana) Losa de concreto reforzado Prefabricados (vigueta-bovedilla u otros) Geometría Plano (horizontal) A un agua A dos aguas Otro: Espesor de la losa de concreto o tabique: cm CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TIPOLOGÍA: Sismo Viento ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS No. de habitantes: Servicios: agua entubada, drenaje, luz 19

20 Índice de daño Contenido Índice de daño Contenido Índice de daño Funciones de vulnerabilidad 1 0 Variable de peligro Variable de peligro 0 Variable de peligro 20

21 Construcción de funciones de vulnerabilidad Índice de daño 1) Evidencia física: - Levantamientos en zonas de desastre - Ensayes de laboratorio 1 Colapsos Sin daño 0 Variable de peligro 21

22 Índice de daño Construcción de funciones de vulnerabilidad 2) Analítico: - Hipótesis y fórmulas simplificadas - Modelos refinados 1 0 Variable de peligro 22

23 23

24 24

25 25

26 26

27 Función de vulnerabilidad Índice de daño 1 0 Sa 27

28 Fuerzas laterales Mecanismo por flexión en Columna débil Trabe fuerte Articulaciones plásticas en columnas f Entrepiso crítico d a) Mecanismo de Columna débil-trabe fuerte 28

29 Fuerzas laterales Articulaciones plásticas en la base de columnas Articulaciones plásticas en trabes Mecanismo por flexión en Columna fuerte Trabe débil d f b) Mecanismo de Columna fuerte-trabe débil 29

30 Análisis tipo Push-Over V d y d 30

31 Análisis tipo Push-Over V d y d 31

32 Análisis tipo Push-Over V d y d u d 32

33 I (Sa) Sa, cm/s² 33

34 Guía metodológica, Vulnerabilidad física 34

35 Vagr v mr Predicción CENAPRED Inst Ing UNAM Inst Ing UNAM U de Guad De diseño Vagr v mr (1-0.2H/L) Predicción CENAPRED Inst Ing UNAM Inst Ing UNAM U de Guad De diseño V mr = F R (0.5v m *A T + 0.3P) 1.5F R v m *A T v mr = 0.5v m * v m * 35

36 Hipótesis 1) La edificación cuenta con la misma distribución de muros en todos los pisos. En una aproximación más detallada se puede tomar en cuenta diferencias en cada nivel. 2) La carga vertical se reparte uniformemente en todos los muros de cada planta. 3) El modo de falla es esencialmente por cortante y se presentará en la planta baja del edificio (otro refinamiento será verificar la falla en pisos superiores). 4) Se supone que el comportamiento puede analizarse en la dirección más débil como un análisis plano, despreciando efectos de torsión de la planta. 36

37 V / Vagr Distorsión 37

38 v, kg/cm² W-W(+) WBW(+) WWW(+) 3D-N1(+) M-0-E6(+) W-W ep WBW ep WWW ep 3D ep M-0-E6 ep Distorsión, mm/mm 38

39 v v max v y v agr v u k 0 1 agr y Vmax u 39

40 V / Vagr Fuerza cortante, t Distorsión envolvente muro1 muro 2 muro 4 muro Distorsión, mm/mm muro1 muro 4 40

41 S agr V agr W g Sa max V u W gr R VG 41

42 Reducción de fuerzas sísmicas Desplazamientos iguales Áreas iguales V e V e V e / k 1 k V e / 2 V e / 2.6 V e / 4 d e d e d i Rigidez k = V e / d e Reducción de fuerza elástica V i = V e / Q V y d y d u Ductilidad μ =d u / d y R F F y y ( 1) ( i ) 42

43 T ( 0.2n 0.12) w H E d AE m fs(u) R (1 )e 20T / 43

44 Factor R para suelo firme 7 R Periodo T, s (Miranda y Báez, 1998) 44

45 Índice de daño Función de vulnerabilidad 1 d(s a ) = 1- e -a Sa (T) Sa max (T) m 0 S agr V agr W g Sa max V u W gr R VG 45

46 Procedimiento propuesto Func. de Vuln. Vivienda mampostería Procedimiento 1.- Partir como datos fundamentales: n número de pisos d x, d y densidad de muros en x y y f aex, f aey factores de área efectiva v m, f m, esfuerzos cortante y de compresión E módulo de elasticidad de la mampostería; G = 0.4E 2.- Proponer o tomar como dato: b c, h c f c, f y, dimensiones del castillo esfuerzo de compresión del concreto y de fluencia del acero n c = E c /E; se puede tomar E c = 8000 f c' A s área del acero de refuerzo de los castillos n b, d b número de barras en el castillo y diámetro de barra t, L espesor del muro y longitud del muro más largo entre castillos; según las normas L = 1.5H 400 cm; con esto A = t L carga por unidad de área de la planta sin incluir el peso de los muros w piso 46

47 3.- Calcular la carga y el esfuerzo vertical w = w piso + (d x + d y ) muro H n w d x d y 4.- Calcular el esfuerzo de agrietamiento de los muros más largos v agr = 0.45v m v m 5.- Calcular el esfuerzo máximo para los muros más largos v = [ 0.5b c h c v max = v agr + v v u = 0.8v max f c ' + 0.2(0.6f y A s )]/A 6.- Calcular la rigidez del muro más largo y la del entrepiso k 0 G d AE /d k 0,muro G, válido para muros largos, (o usar ec 4.14) 47

48 7.- Calcular la distorsión de agrietamiento y máxima agr = v agr / k 0,muro vmax v Vmax = 0.1k agr 0, muro agr 8.- Calcular el esfuerzo de agrietamiento del entrepiso v agr,piso = k 0 agr 9.- Estimar la distorsión final que es auxiliar en el cálculo a final p 0.6As f y 3H a A n c p h c c L 2( n 1) h c Nota: el valor de siempre será mayor que cero 10.- Estimar la distorsión última k 2 u final v V max max V max 0.2v k max 2 48

49 11.- Encontrar la envolvente elastoplástica equivalente En = ½[ agr v agr,piso + (v max +v agr,piso ) ( Vmax agr )+(v max +v u ) ( u Vmax ) ] v k0 u ( k0 u )² 2k y 0 y = v y / k Calcular la ductilidad u y En 13.- Calcular el periodo de vibración T ( 0.2n 0.12) w H E d AE 14.- Estimar los factores R y R VG 20T / R (1 )e (suelo firme, o la ecuación 4.39 en suelos blandos) R VG = [1+0.15T ² ln ] 1 49

50 15.- Calcular las seudoaceleraciones espectrales Sa 1 = v Sa max = agr v d n w y d n w AE R g RVG g Sa 2 = 0.95 Sa max 16.- Calcular los parámetros de la función de vulnerabilidad ln[ln(0.99) / ln(0.05)] m ln( Sa 1 / Sa = m 2) ln( Sa 1 / Sa 2) ln (0.99) a = a m m ( Sa / Sa ) ( Sa / Sa ) 1 max 1 max 17.- finalmente, la función de vulnerabilidad se calculará como: a Sa / Samax I(Sa) = 1 e m (4.43) 50

51 Ejemplo de cálculo 1.- Partir como datos fundamentales: n = 3 tres niveles d x = 0.03; d y = 0.03 (3% en cada dirección) f aex =0.6; f aey =0.8 muchos muros cortos en x y pocos muros cortos en y v m =3 kg/cm²; f m =30 kg/cm² E = kg/cm² G = 0.4E = 7200 kg/cm² por lo tanto: d AEx = 0.018, d AEy = Proponer o tomar como dato: b c =12 cm, h c =15 cm f c =150 kg/cm², f y =4200 kg/cm² n c = /18000 = 5.44 n b =4; d b =0.95 cm (4#3) A s = 2.84 cm² t=12 cm, L = 375 cm A = 4500 kg/cm² w piso =0.49 t/m² 51

52 Cálculos 52

53 I (Sa) nivel 2 niveles 3 niveles 4 niveles 5 niveles Agrietamiento CFE Sa 53

54 Mitigación del riesgo - Identificar zonas de riesgo - Análisis detallado de edificaciones vulnerables - Esquemas de refuerzo - Reglamentos de construcción 54

55