Corporación de Desarrollo Tecnológico Primera conferencia tecnológica 31 marzo 2010 Efectos del sismo en las edificaciones Tomás Guendelman www.cdt.cl Corporación de Desarrollo Tecnológico 1 de 26 págs.
Sismo de febrero 27, 2010 Efectos del Sismo en las Edificaciones i Tomás Guendelman B. Santiago, 31 de marzo de 2010 1
AGRADECIMIENTOS En la elaboración de este trabajo, le ha cabido una importante participación a los ingenieros de I.E.C. Ingeniería S.A., quienes han analizado la gran mayoría de los edificios de la base de datos empleada. Especial reconocimiento a quienes transformaron estos trabajos en publicaciones de dominio público, ampliamente divulgadas en los últimos 15 años, señores: Mario Guendelman Jorge Lindenberg Mónica Zuñiga Sergio Tapia Ricardo Henoch 2
EVENTOS SISMICOS EN EL MUNDO Magnitud Richter Número de sismos 8 o más 1 al año 7 a 7.9 18 al año 6 a 6.9 120 al año 5 a 5.9 800 al año 4a49 4.9 6200 al año 3 a 3.9 49000 al año 3 y menores 9000 al día 3
EVENTOS SISMICOS EN CHILE En los últimos 450 años: 38 terremotos M>7.5, 17 seguidos de tsunami. Siglo XX: 1 terremoto M>7.5 cada 6.5 años. 4
NORMAS SISMICAS CHILENAS OFICIALES Y EN DESARROLLO NCh433.Of96: Diseño Sísmico de Edificios NCh2369.Of2003: Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales NCh2745.Of2003: Análisis y Diseño de Edificios con Aislación Sísmica Norma en estudio: Requisitos para el diseño Sísmico de Estructuras con Sistemas de Disipación de Energía 5
Protección de la vida. FILOSOFIA DE DISEÑO NORMA NCh433.Of96 Orientada a lograr estructuras que resistan: Sin daños movimientos sísmicos de intensidad moderada Con daños limitados en elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad. Aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad excepcionalmente severa. Zonifica el territorio i nacional mediante tres bandas longitudinales, l de severidad decreciente de mar a cordillera. Señala que la conformidad con sus disposiciones no asegura, en todos los casos, el cumplimiento de los objetivos antes mencionados. 6
Escala de Intensidades de Mercalli GRADO I. Muy débil Imperceptible para la mayoría excepto en condiciones favorables. DESCRIPCIÓN II. Débil III. Leve Perceptible sólo por algunas personas en reposo, particularmente aquellas que se encuentran ubicadas en los pisos superiores de los edificios. Los objetos colgantes suelen oscilar. Perceptible por algunas personas dentro de los edificios, especialmente en pisos altos. Muchos no lo reconocen como terremoto. Los automóviles detenidos se mueven ligeramente. Sensación semejante al paso de un camión pequeño. IV. Moderado Perceptible por la mayoria de personas dentro de los edificios, por pocas personas en el exterior durante el día. Durante la noche algunas personas pueden despertarse. Perturbación en cerámica, puertas y ventanas. Las paredes suelen hacer ruido. Los automóviles detenidos se mueven con más energía. Sensación semejante al paso de un camión grande. V. Poco Fuerte La mayoría de los objetos se caen, caminar es dificultoso, las ventanas suelen hacer ruido. VI. Fuerte VII. Muy fuerte VIII. Destructivo IX. Ruinoso X. Desastroso Lo perciben todas las personas, muchas personas asustadas suelen correr al exterior, paso insostenible. Ventanas, platos y cristalería dañadas. Los objetos se caen de sus lugares, muebles movidos o caídos. Revoque dañado. Daños leves a estructuras. Pararse es dificultoso. Muebles dañados. Daños insignificantes en estructuras de buen diseño y construcción. Daños leves a moderados en estructuras ordinarias bien construidas. Daños considerables estructuras pobremente construidas. Mampostería dañada. Perceptible por personas en vehículos en movimiento. Daños leves en estructuras especializadas. Daños considerables en estructuras ordinarias bien construidas, posibles colapsos. Daño severo en estructuras pobremente construidas. Mampostería seriamente dañada o destruida. Muebles completamente sacados de lugar. Pánico generalizado. Daños considerables en estructuras especializadas, paredes fuera de plomo. Grandes daños en importantes edificios, con colapsos parciales. Edificios desplazados fuera de las bases. Algunas estructuras de madera bien construida destruidas. La mayoría de las estructuras de mampostería y el marco destruido con sus bases. Rieles doblados. XI. Muy desastroso Pocas, si las hubiera, estructuras de mampostería permanecen en pie. Puentes destruidos. Rieles curvados en gran medida. XII. Catastrófico Destrucción total con pocos sobrevivientes. Los objetos saltan al aire. Los niveles y perspectivas quedan distorsionadas. 7
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Espectro Respuesta de Aceleración. Universidad de Chile Dpto Ing. Civil (Interior E dificio) Santiago. 0,9 0,8 0,7 0,6 Sa (g ) 0,5 0,4 NS 0,3 EW Norma 0,2 0,1 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Periodo (seg ) 10
25 2,5 Medido/Norma. Univers idad de C hile Dpto Ing. Civil (Interior E dific io) Santiago. do (g ) / Sa Norma (g ) Sa Medi 2 15 1,5 1 05 0,5 NS /Norma EW/Norma 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Periodo (seg ) 11
2.5 Comparación de Espectros Respuesta de Aceleración para todas las Estaciones Medidas y Normas NCh433.Of96 y NCh2745.Of2003 para Zona 2 y Suelos II y III. NS U de Chile EW U de Chile 2 NS Metro Mirador EW Metro Mirador NS Maipú EW Maipú 1.5 NS Tisne Sa (g) EW Tisne NS Sotero del Rio 1 EW Sotero del Rio NS Curicó EW Curicó NS Valdivia 0.5 EW Valdivia 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Periodo (seg) NCh.433 (Z 2 S II) NCh.433 33( (Z 2 S III) NCh.2745 (Z 2 S II) NCh.2745 (Z 2 S III) 12
ido (g ) / Sa No orma (g ) Sa Medi 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Medido/Norma 433. Todas las Estaciones Medidas 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Periodo (seg ) NS /Norma U de Chile EW/Norma U de Chile NS /Norma Metro Mirador EW/Norma Metro Mirador NS /Norma Maipú EW/Norma Maipú NS /Norma Tisne EW/Norma Tisne NS /Norma Sotero del Río EW/Norma Sotero del Río NS /Norma Curicó EW/Norma C uricó NS /Norma Valdivia EW/Norma V aldivia P ropues ta 13
3 Medido/Norma 433. Estaciones en Santiago (sin Maipú) 2,5 ido (g ) / Sa No orma (g ) Sa Medi 2 1,5 1 0,5 NS /Norma U de Chile EW/Norma U de Chile NS /Norma Metro Mirador EW/Norma Metro Mirador NS /Norma Tisne EW/Norma Tisne NS /Norma Sotero del Río EW/Norma Sotero del Río P ropues ta 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Periodo (seg ) 14
PRINCIPALES DAÑOS OBSERVADOS EN EL SISMO DEL 27 DE FEBRERO DE 2010 Gran duración, severidad, sensación de pánico mayor que en eventos anteriores. Importante incremento relativo en daños en elementos no estructurales. Fallas típicas en muros estructurales de pisos inferiores, caracterizadas por fractura horizontal y rotura frágil de armaduras. 15
Descensos verticales en cabezas de muros con eventuales desaplomes que se traducen en desplazamientos horizontales en niveles superiores, mayores al uno por mil, valor máximo de consenso. 16
Fallas muy repetidas en losas, especialmente en zonas de pasillos angostos y vanos de puertas, sin dinteles. Probables efectos de asentamientos de fundaciones. 17
INTERPRETACION DE LOS DAÑOS Carencia de refuerzos de losas en vanos cortos sin dinteles. Muros acoplados por losas, sin dinteles Contenido de frecuencias del sismo. Importancia relativa mayor de componentes de baja frecuencia. 18
Potencial Destructivo de Saragoni. Menor cantidad de cruces por cero. Magnificación de los momentos volcantes, consecuente con el mayor aporte de los modos principales, de mayor período de vibración. Mb-po onderado/m Mb-norma 1.8 1.6 14 1.4 1.2 1.0 08 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Amplificación del Momento Flector Basal 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Periodo (seg) 19
Análisis con probable aplicación instantánea de las cargas permanentes, sin considerar su evolución en el tiempo. + + + + + 1 2 3 i i + 1 n : Avance de la Construcción 20
Probable imprecisión en la calificación del tipo de suelo. 21
FILOSOFIA AMPLIADA Protección de la vida humana y de los contenidos. Control de daños a través de la identificación de niveles de desempeño. Aceptación del daño como decisión objetiva de diseño. Algunos procedimientos de análisis que satisfacen esta filosofía son: Diseño por Capacidad Diseño por Desempeño Diseño mediante análisis no lineal Disipación de Energía 22
Severidad sensible Larga duración CONCLUSIONES EFECTO EN LOS EDIFICIOS Datos cualitativos del sismo Contenido de frecuencias diferente a sismo de 1985, base de NCh433.Of96, con efecto significativamente destructivo en elementos no estructurales Generación de grietas horizontales en primeros niveles de muros estructurales Pérdida de verticalidad en una decena de edificios de mediana altura (15 o más pisos), no observada en sismos anteriores No obstante lo anterior, se puede decir que los resultados fueron satisfactorios 23
Efectos normativos y en la LGUC Reforzar las exigencias del debido cumplimiento de normas Reforzar las exigencias de una debida Revisión del proyecto de cálculo Reconsiderar la validez de los métodos de análisis Reforzar las disposiciones de diseño y sujeción de elementos no estructurales Incentivar el uso de sistemas de disipación de energía Revisión del espectro en uso en NCh433.Of96 Uniformar espectros entre las diferentes normas sísmicas Eventual acogida de dos espectros (recomendación de R. Saragoni) para sismos cercanos y lejanos Exigencia de estudios de Mecánica de Suelos, propios del emplazamiento de cada proyecto Exigencia de confinamiento en cabeza de muros Especificación de Módulos elásticos del material y del suelo, para cargas de larga y de corta duración.
Efectos en el diseño Definición detallada de uso de espacios y de cargas habituales, especiales o esporádicas Consideración del sistema y secuencia constructivas Conocimiento oportuno de proyectos futuros que puedan afectar las solicitaciones de empuje de tierras Revisor de cálculo debe evaluar eventual empleo incorrecto de software. Por ejemplo, cuestionar modelos 3D con compatibilidad total (6GL), si la estructura resistente está compuesta por muros que se vinculan en aristas comunes Considerar en el análisis los efectos rigidizantes y resistentes de losas, sin dinteles, en vanos cortos y diseñar en consecuencia Evaluación de amplificación dinámica de esfuerzos debidos a acoplamiento y a singularidades, en especial, en pisos inferiores en que se suele apoyar muros en machones o columnas Consideraciones especiales para diseño de singularidades e irregularidades de masa y de rigidez Considerar que la repentina aparición de muros de subterráneo en la estructura puede provocar fuertes concentraciones de esfuerzos, transparentes al análisis Comprensión del mecanismo de falla, o al menos, identificación del detonante principal de la eventual falla Verificación del diseño a corte de losas, para garantizar la transferencia de cargas entre ejes resistentes verticales Considerar y atenuar los efectos de las deformaciones de largo plazo Restar vulnerabilidad a elementos secundarios Considerar ITO obligatoria