NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E-030E DISEÑO SISMORRESISTENTE

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Civil NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E-030E DISEÑO SISMORRESISTENTE Dr. Ing Javier Piqué del Pozo

2 INTRODUCCIÓN Ubicado en una zona de alta peligrosidad PERÚ

3 HUARÁZ 1970

4 Edificios Nigata,, Japón 1964

5 Introducción Condición de alta sismicidad del PERÚ

6 Antecedentes de la Norma Peruana 1963: ACI introduce el Diseño a la Rotura. 1964: Primer proyecto de Norma Peruana, basada en la de SEAOC (Structural Engineers Association of California). 1970: Primeros modelos analíticos para el análisis inelástico. Primera Norma Peruana de nivel nacional. (Sismo de Lima 1966) 1977: Segunda Norma Peruana.(Sismos de 1970, 1974)

7 Antecedentes de la Norma Peruana 1997: Tercera Norma Peruana. (Sismos de México, 1985, Loma Prieta 1989, Northridge 1994, Kobe 1995, Nazca 1996) 2003: Actualización de la Tercera Norma Peruana

8 ÍNDICE 1-Generalidades 2-Parámetros de sitio 3-Requisitos Generales 4-Análisis de Edificios 5-Cimentaciones 6-Elementos no Estructurales 7-Evaluación y Reparación 8-Instrumentación

9 Aportes de la norma E mantenidos en la E Cuantificación de irregularidades Reducción de distorsiones admisibles Limitación de la torsión Incremento de intensidades a resistir Evitar el colapso Exigencia de regularidad en obras esenciales

10 1. GENERALIDADES

11 Art. 2. Alcances Esta Norma establece las condiciones mínimas para que las edificaciones diseñadas según sus requerimientos tengan un comportamiento sísmico acorde con los principios señalados en el Artículo 3

12 Art. 2. Alcances Se aplica a: Edificaciones nuevas Evaluación y reforzamiento de edificaciones existentes Reparación de edificios dañados Las estructuras especiales tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisión, muelles, estructuras hidráulicas, plantas nucleares y todas aquellas cuyo comportamiento difiera del de las edificaciones requieren consideraciones adicionales complementarias

13 Art. 2. Alcances Adicionalmente al diseño y construcción de estructuras sismorresistentes, se deberá tomar medidas de prevención contra los desastres que puedan producirse como consecuencia del movimiento sísmico; fuego, fuga de materiales peligrosos, deslizamientos masivos de tierra.

14 Art. 3. Filosofía y Principios del diseño sismorresistente La filosofía del diseño sismorresistente consiste en: a. Evitar pérdidas de vidas b. Asegurar la continuidad de los servicios básicos c. Minimizar los daños a la propiedad.

15 1.2 Objetivos del diseño sismorresistente (1997) 1. Resistir sismos leves sin daño (MM o MSK VI) 2. Resistir sismos moderados considerando la posibilidad de daños estructurales leves. (MM o MSK= VII y VIII) 3. Resistir sismos severos con posibilidad de daños estructurales importantes, evitando el colapso de la edificación. (MM o MSK=IX)

16 Art. 3. Filosofía y Principios del diseño sismorresistente (2003) Se reconoce que dar protección completa frente a todos los sismos no es técnica ni económicamente factible para la mayoría de las estructuras. En concordancia con tal filosofía, se establecen en esta Norma los siguientes principios para el diseño:

17 Art. 3 Filosofía y Principios del diseño sismorresistente a) La estructura no debería colapsar, ni causar graves daños a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. (estado último) b) La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables. (estado de serviciabilidad )

18 Art. 4 Presentación del proyecto estructural Memoria descriptiva y Planos deben contener: a) Sistema estructural sismorresistente b) Parámetros de fuerza sísmica y espectro c) Desplazamiento máximo en el último nivel y relativo de entrepiso

19 Art. 4. Presentacón del proyecto estructural Para su revisión y aprobación por la autoridad competente, los proyectos de edificaciones con más de 70 m de altura deberán estar respaldados con una memoria de datos y cálculos justificativos.

20 Art. 4. Presentación del proyecto estructural (transitoria) El empleo de materiales, sistemas estructurales y métodos constructivos diferentes a los indicados en esta Norma, deberá ser aprobado por la autoridad competente nombrada por el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento y debe cumplir con lo establecido en este artículo y demostrar que la alternativa propuesta produce adecuados resultados de rigidez, resistencia sísmica y durabilidad.

21 2. PARÁMETROS DE SITIO

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23 Art. 5 Zonificación ZONAS SÍSMICAS (Anexo 1)

24 Tabla N 1 Factores de Zona A cada zona se asigna un factor Z según se indica en la Tabla N 1. Este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años. Zona Z 3 0,4 2 0,3 1 0,15

25 Art.6 Condiciones Locales 6.1.a MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA Requerido para: Area de expansión de ciudades Complejos industriales o similares Reconstrucción de ciudades destruidas por sismos y fenómenos asociados

26 Art.6 Condiciones Locales 6.1.b ESTUDIOS DE SITIO Estudios similares a los de microzonificación, limitados al lugar del proyecto. No considerar parámetros de diseño menores a los de la norma

27 6.2 Condiciones Geotécnicas Determinar los perfiles según las propiedades mecánicas, el espesor del estrato, Ts y Cs 4 TIPOS DE PERFILES DE SUELO A cada tipo de perfil se asocian dos parámetros: S y Tp

28 S1 Roca o Suelos Muy Rígidos Roca sana o parcialmente alterada (5 kg/cm2) Grava arenosa densa (suelo de Lima) Estrato de no más de 20 m de material cohesivo muy rígido (1 kg/cm2) Estrato de no más de 20 m de arena muy densa (N>30)

29 S2 Suelos intermedios Suelos con características intermedias entre los perfiles S1 y S3

30 S3 Suelos Flexibles Suelos Cohesivos Resistencia al corte típica Potencia del en condición no drenada (kpa) estrato (m) Blandos < Firmes Rígidos Muy rígidos Suelos Granulares Valores N típicos en ensayos Potencia del de penetración estándar (SPT) estrato (m) Sueltos Medianamente densos Gravas mayor que

31 S4 Condiciones excepcionales Suelos excepcionalmente flexibles y las condiciones geológicas o topográficas son particularmente desfavorables Los valores de Tp y S para este caso serán establecidos por el especialista, pero en ningún caso serán menores que los especificados para el perfil tipo S3.

32 Tabla N 2 Parámetros del Suelo Tipo Descripción T p (s) S S 1 Roca o suelos muy rígidos S 2 Suelos intermedios S 3 Suelos flexibles o con estratos de gran potencia S 4 Condiciones excepcionales * *

33 Art. 7. Factor de Amplificación Sísmica Factor de Amplificación Sísmica C C = T p 2.5 T T(s)

34 Comparación C, 1997 y Comparación Factor de amplificación sísmica C, Norma 1997 y Factor C Periodo T (s) E E

35 Espectro de Diseño Tipo S 3 T p =0.9 seg 2.5 CS Tipo S T p =0.6 seg 1.0 Tipo S 1 T p =0.4 seg Periodo de Vibración, T (s)

36 3. REQUISITOS GENERALES

37 Art. 8 Aspectos generales Toda edificación y sus partes cumplirán con lo prescrito por estas normas, incluyendo los elementos no estructurales

38 Art. 8 Aspectos generales Deberá considerarse el posible efecto de los elementos no estructurales en el comportamiento sísmico de la estructura. El análisis, el detallado del refuerzo y anclaje deberá hacerse acorde con esta consideración.

39 Art. 8 Aspectos generales Para estructuras regulares, el análisis podrá hacerse considerando que el total de la fuerza sísmica actúa independientemente en dos direcciones ortogonales. Para estructuras irregulares deberá suponerse que la acción sísmica ocurre en la dirección que resulte más desfavorable para el diseño de cada elemento o componente en estudio.

40 Art. 8 Aspectos generales Si un elemento toma más del 30% de V, se diseña para el 125% de dicha fuerza

41 Art. 9 Concepción Estructural Sismorresistente Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces. Peso mínimo, especialmente en los pisos altos. Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.

42 Art. 9 Concepción Estructural Sismorresistente Resistencia adecuada Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación. Ductilidad. Deformación limitada.

43 Art. 9 Concepción Estructural Sismorresistente Inclusión de líneas sucesivas de resistencia. Consideración de las condiciones locales Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa

44 TURQUIA 1999

45 Art. 10 Categoría de las Edificaciones A B C D Edificaciones Esenciales Edificaciones Importantes Edificaciones Comunes Edificaciones Menores

46 Edificaciones Esenciales Hospitales, centrales telefónicas, cuarteles de bomberos y policía, subestaciones eléctricas, reservorios de agua Edificaciones que puedan servir de refugio, como centros educativos Depósitos de materiales inflamables o tóxicos

47 Edificaciones Importantes Teatros, estadios, centros comerciales Centros penitenciarios Museos, bibliotecas y archivos especiales Silos de granos y otros almacenes importantes para el abastecimiento

48 Edificaciones Comunes Viviendas Oficinas Hoteles Restaurantes Instalaciones industriales Depósitos (no inflamables)

49 Tabla N 3 FACTOR DE USO, U CATEGORIA U A 1.5 B 1.3 C 1.0 D * (*) En estas edificaciones, a criterio del proyectista, se podrá omitir el análisis por fuerzas sísmicas, pero deberá proveerse de la resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales

50 Art. 11 Configuración Estructural Estructuras Regulares Estructuras Irregulares

51 Tabla N 4 Irregularidades estructurales en altura Irregularidades de Rigidez - Piso blando Irregularidad de Masa Irregularidad geométrica vertical Discontinuidad en los sistemas resistentes

52 Piso blando F. Sauter

53 SAN FERNANDO 1971

54 θ 1 << θ 2 θ 1 θ 2 Comparación de mecanismos de disipación de energía

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56 Irregularidades en Altura Irregularidad de Rigidez - Piso blando Placa = Σ A = Σ = Σ A 3 A 2 + = Σ A 1 Columnas

57 Irregularidades en Altura Irregularidad de Rigidez - Piso blando Condición de Irregularidad Σ A1 < Σ A 2 Σ A 1 < Σ Σ Σ 4 h i h d Σ A1 < Σ A 2

58 Irregularidades en Planta (Tabla 5) Irregularidad Torsional Esquinas Entrantes Discontinuidad del Diafragma

59 IRREGULARIDADES EN PLANTA

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61 Asimetría por disposición de elementos

62 Irregularidad Torsional Se considerará sólo en edificios con diafragmas rígidos en los que el desplazamiento promedio de algún entrepiso exceda del 50% del máximo permisible indicado en la tabla N 8 del Art. 15 (15.1).

63 Irregularidad Torsional (cont.) En cualquiera de las direcciones de análisis, el desplazamiento relativo máximo entre dos pisos consecutivos, en un extremo del edificio, es mayor que 1,3 veces el promedio de este desplazamiento relativo máximo con el desplazamiento relativo que simultáneamente se obtiene en el extremo opuesto.

64 Referir al promedio del piso máx V C.M. C.M.

65 Irregularidad torsional Referida al promedio Condición de Irregularidad máx > máx. opuesto

66 Art. 12 Sistemas Estructurales Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismorresistente predominante en cada dirección tal como se indica en la Tabla N 6.

67 Art. 12 Sistemas Estructurales Según la clasificación que se haga de una edificación se usará un coeficiente de reducción de fuerza sísmica (R). Para el diseño por resistencia última las fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios. En caso contrario podrá usarse como (R) los valores establecidos en Tabla N 6 previa multiplicación por el factor de carga de sismo correspondiente.

68 Tabla 6 Sistemas Estructurales (2003) Sistema Estructural Acero Pórticos dúctiles con uniones resistentes a momentos. Otras estructuras de acero. Arriostres excéntricos Arriostres en cruz Coeficiente R (para estructuras regulares) 9,5 6,5 6,0

69 Tabla 6 Sistemas Estructurales (2003) Sistema Estructural Concreto Armado Pórticos (1). Dual (2). De muros estructurales (3). Muros de ductilidad limitada (4). Coeficiente R (para estructuras regulares)

70 Notas (1) Por lo menos el 80% del cortante en la base actúa sobre las columnas de los pórticos que cumplan los requisitos de la NTE E.060 Concreto Armado. En caso se tengan muros estructurales, éstos deberán diseñarse para resistir una fracción de la acción sísmica total de acuerdo con su rigidez. (2) Las acciones sísmicas son resistidas por una combinación de pórticos y muros estructurales. Los pórticos deberán ser diseñados para tomar por lo menos 25% del cortante en la base. Los muros estructurales serán diseñados para las fuerzas obtenidas del análisis según acápite 4.1.2

71 Notas (cont) (3)Sistema en el que la resistencia sísmica está dada predominantemente por muros estructurales sobre los que actúa por lo menos el 80% del cortante en la base. (4)Edificación de baja altura con alta densidad de muros de ductilidad limitada. (5) Para diseño por esfuerzos admisibles el valor de R será 6

72 Tabla 6 Sistemas Estructurales (2003) Coeficiente de Reducción, R Sistema Estructural para estructuras regulares Albañilería Armada o 3 Confinada Estructuras de Madera 7

73 Art. 13: Tabla 7. Categoría, Sistema Estructural y Regularidad Categoría de la Edificación. Regularidad Estructural Zona Sistema Estructural 3 Acero Muros de Concreto Armado Albañilería Armada o Confinada Sistema Dual A Regular 2 y 1 Acero Muros de Concreto Armado Albañilería Armada o Confinada Sistema Dual Madera B Regular o Irregular 3 y 2 Acero Muros de Concreto Armado Albañilería Armada o Confinada Sistema Dual Madera 1 Cualquier sistema. C Regular o Irregular 3, 2 y 1 Cualquier sistema.

74 Art. 14 Procedimientos de Análisis 14.2 Las estructuras clasificadas como regulares según el Art.10 de no más de 45 m de altura y las estructuras de muros portantes de no más de 15m de altura, aún cuando sean irregulares, podrán analizarse mediante el procedimiento de fuerzas estáticas equivalentes del Art. 17.

75 Art. 15 Desplazamientos Laterales El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado según el Artículo 16 (16.4), no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso que se indica en la Tabla N 8. Tabla N 8 LIMITES PARA DESPLAZAMIENTO LATERAL DE ENTREPISO Estos límites no son aplicables a naves industriales Material Predominante Concreto Armado Acero Albañilería Madera ( i / he i ) 0,007 0,010 0,005 0,010

76 Art Junta de Separación sísmica s = (h - 500) > 3 cm. (h y s en cm)

77 JUNTAS DE SEPARACIÓN SISMICA

78 4. ANÁLISIS DE EDIFICIOS

79 Art. 16 Generalidades 16.1 Solicitaciones Sísmicas y Análisis Se acepta el comportamiento inelástico Análisis elástico con fuerzas reducidas Análisis independiente en cada dirección

80 16.3 Peso de la Edificación 100% de las cargas permanentes + fracción de la sobrecarga

81 % de la sobrecarga Categorías A y B 50% Categoría C 25% Depósitos 80% Techos en general 25% Tanques, silos 100%

82 Art. 17 Análisis Estático Sólo es aplicable a estructuras regulares de menos de 45m de altura y a irregulares de muros portantes hasta 15m de altura Nivel único correspondiente al sismo severo

83 Fuerza Cortante en la Base V = ZUSC R P C/R 0.125

84 Período Fundamental T = h C n T C T = 35 C T = 60 C T = 45 edificios constituidos sólo por pórticos edificios estructurados sobre la base de muros de corte casos intermedios

85 Período Fundamental T = 2 π g n i= 1 n i= 1 PD i 2 i FD i i

86 Distribución en Altura F i Ph = i i ( V Fa) n j= 1 Ph j j T>0.7 s Fa =.07 T V < 0.15V

87 Art. 18 Análisis Dinámico Debe aplicarse a toda edificación clasificada como irregular, excepto las de hasta 5 pisos con muros portantes

88 Espectro de seudo aceleraciones S a, i = g ZUSC R i

89 Espectro de Diseño Tipo S 3 T p =0.9 seg 2.5 CS Tipo S T p =0.6 seg 1.0 Tipo S 1 T p =0.4 seg Periodo de Vibración, T (s)

90 Combinación modal R k = 0.25 R R i i 2 Alternativamente la Combinación Cuadrática Completa, CQC

91 5. CIMENTACIONES

92 Art. 19 Generalidades Incluir las características del suelo Diseño compatible con la distribución de fuerzas obtenidas del análisis

93 Art. 20 Capacidad portante En todo estudio de suelos se considerarán los efectos de sismos Para calcular presiones admisibles se emplearán los factores de seguridad mínimos de la NTE E-050 Suelos y Cimentaciones

94 Art. 21 Momento de Volteo Toda estructura y su cimentación deberán ser diseñadas para resistir el momento de volteo que produce el sismo El factor de seguridad deberá ser mayor que 1.5

95 6. ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES, APÉNDICES Y EQUIPO

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97 Cortante de diseño V = ZUC 1 P

98 TABLA 9 VALORES DE C 1 - Elementos que al fallar puedan precipitarse fuera de la edificación en la cual la dirección de la fuerza es perpendicular a su plano. - Elementos cuya falla entrañe peligro para personas u otras estructuras Muros dentro de una edificación (dirección de la fuerza 0.90 perpendicular a su plano). - Cercos Tanques, torres, letreros y chimeneas conectados a una parte del edificio considerando la fuerza en cualquier 0.90 dirección. - Pisos y techos que actúan como diafragmas con la 0.60 dirección de la fuerza en su plano.

99 7. EVALUACIÓN Y REPARACIÓN Y REFORZAMIENTO DE ESTRUCTURAS

100 Corregir defectos que provocaron la falla y se comporte de acuerdo a estas normas Después del sismo se requiere la participación de un ingeniero civil, evaluará si es necesario: reforzar, reparar o demoler

101 La estructura tendrá rigidez, resistencia y ductilidad El proyecto incluirá detalles, procedimientos y sistemas constructivos

102 8. INSTRUMENTACIÓN

103 Art. 25 Acelerógrafos Art. 26 Ubicación Art. 27 Mantenimiento Art. 28 Disponibilidad de datos Art. 29 Requisitos para conformidad de obra

104 APÉNDICE 1. ESCALAS DE INTENSIDADES SÍSMICAS 2. CLASIFICACIÓN DE LOS SISMOS 3. ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL PERÚ

105

106 Vitelmo Bertero 1992 "Los códigos sísmicos modernos, que intentan reflejar grandes avances en conocimiento y entendimiento de una manera muy simple, no son transparentes sobre el nivel esperado de comportamiento o respuesta del sistema completo, suelo-cimentación-estructuraelementos no estructurales.

107 Vitelmo Bertero 1992 " El nivel esperado de comportamiento se ha convertido en una parte implícita, más que explícita de los códigos, a través de una serie de factores empíricos y requerimientos de armadura que esconden la verdadera naturaleza del problema del diseño sismorresistente: el comportamiento del edificio".

108 Qué sismo esperar en el futuro?

109 θ 1 << θ 2 θ 1 θ 2 Comparación de mecanismos de disipación de energía

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112 Niveles de Daño Según el Año de Construcción 100% 80% 60% 40% 20% 0% Antes de 1971 de 1972 a 1981 Posterior a 1982 Desconocido Desconocido Menor Medio Severo Colapso Colapso Severo Medio Menor Desconocido Sismo Hyogo-ken Nanbu ( ) 1995)

113 DISEÑO PARA UN COMPORTAMIENTO ESPERADO (I) Comportamiento elástico bajo cargas de servicio Mantenimiento de la funcionalidad bajo terremotos moderados Preservar vidas bajo un terremoto esperado máximo Estabilidad estructural bajo terremotos extremos

114 DISEÑO PARA UN COMPORTAMIENTO ESPERADO (II) Nivel de Comportamiento Sísmico Totalmente Operacional Operacional Asegura la Vida Cerca al Colapso Nivel del Sismo de Diseño Frecuente (43 años) Ocasional (72 años) Raro (475 años) Muy Raro (970 años) Comportamiento Inaceptable (para construcciones nuevas) Objetivo Básico Objetivo de Riesgo Esencial Objetivo de Seguridad Crítica

115 Posibles modificaciones futuras Varios niveles de diseño Modificación de factores de carga Determinación de resistencia real Definición de mecanismos estables de disipación de energía : diseño por capacidad Disipadores de energía

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117 Otras Innovaciones Aisladores en la base UBC ISO 3010 Japón Disipadores de energía

118 SISTEMAS DE REDUCCIÓN DE LA ENERGÍA TRASMITIDA A LA CONSTRUCCIÓN

119 AISLADORES SÍSMICOS

120 Aisladores Sísmicos Caucho de gran amortiguamiento Caucho con nucleo de plomo Poliuretano Deslizante Péndulo de Fricción Resortes, rodillos Pilares o columnas flexibles

121 Aisladores sísmicos

122 Aisladores sísmicos

123 Estructura típica de un aislador Láminas de acero 3mm Separación ~6mm Plomo

124 Aisladores y amortiguadores sísmicos. Uso del espacio

125 DISIPADORES DE ENERGÍA

126 Disipadores de Energía Sistemas pasivos: lineal o nolineal Amortiguadores de masa sintonizada Sistemas de control activo Sistemas de absorción dinámica de vibraciones

127 Disipadores de Energía Sistemas pasivos: Fluencia de metales Aleaciones con memoria

128 Disipadores de energía

129 Disipadores de energía

130 CISMID-UNI Disipadores de energía

131 Disipadores de energía (CISMID-UNI)

132 Disipadores de energía (CISMID-UNI)

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