IMPLICACIONES ECONÓMICAS DEL REGLAMENTO NSR-10 EN EL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DE ACERO

Enfoque de la Presentación Visión general de consideraciones propias del diseño Sismo Resistente. Disposiciones actuales, con referencia al reglamento NSR-98 cuando sea el caso. Cómo impactan estos requerimientos en los costos de las estructuras de acero.

CONTENIDO ¿CUÁL ES LA FILOSOFÍA DE LAS NORMAS? ¿A QUÉ CARGAS NOS ENFRENTAMOS? ¿CUÁL ES LA ESTRATEGIA DEL DISEÑO? ¿DE QUÉ DISPONEMOS PARA LOGRAR NUESTRO OBJETIVO? FRENTES A CUIDAR CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

¿CUÁL ES LA FILOSOFÍA DE LAS NORMAS? Objeto del Reglamento Desempeño Objetivo Expectativas Razonables Grupos de Uso y Coeficientes de Importancia Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles ¿CUÁL ES LA FILOSOFÍA DE LAS NORMAS?

Objeto del Reglamento Reducir a un mínimo el riesgo de pérdida de vidas humanas. Proteger en alguna medida el patrimonio del Estado y de los ciudadanos.

Desempeño objetivo Una edificación debe ser capaz de resistir, además de las fuerzas que le impone su uso: temblores de poca intensidad sin daño, temblores moderados sin daño estructural, pero aceptando algún daño en elementos no estructurales, y un temblor fuerte con daños a elementos estructurales y no estructurales, pero sin colapso.

Desempeño objetivo En NSR-10 los movimientos sísmicos de diseño se mantienen en una probabilidad de 10% de ser excedidos en un lapso de cincuenta años, lo cual corresponde a un período de retorno T de 475 años.

Expectativas razonables En el evento de un sismo fuerte, con movimientos sísmicos del orden de los de diseño, las edificaciones construidas cumpliendo con el Reglamento podrán presentar daños estructurales y daños no estructurales. Aunque en principio estos daños deberán ser reparables, en algunos casos la reparación no será factible desde el punto de vista económico.

Grupos de Uso Grupo Descripción IV Edificaciones Indispensables Deben funcionar durante y después de un sismo, y su operación no puede trasladarse rápidamente a un lugar alterno. Entre otras: Hospitales, clínicas (cirugía, cuidados intensivos, urgencias) Aeropuertos, sistemas masivos de transporte, telecomunicaciones Refugios para emergencias Centrales de operación y control de servicios vitales III Edificaciones de atención a la comunidad, entre otras: Estaciones de bomberos, defensa civil, policía, fuerzas armadas Sedes de prevención y atención de desastres Centros de enseñanza era Grupo II en NSR-98

Grupos de Uso Grupo Descripción II Estructuras de ocupación especial, entre otras: Más de 200 personas en un mismo salón Graderías al aire libre con capacidad para más de 2000 personas Almacenes y centros comerciales con más de 500 m2/piso Hospitales, clínicas, centros de salud no incluidos en Grupo IV Edificaciones donde residan o trabajen más de 3000 personas Edificios gubernamentales I Estructuras de ocupación normal

Coeficientes de importancia Grupo NSR-98 NSR-10 IV 1.30 1.50 III 1.20 1.25 II 1.10 I 1.00

Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles RESISTENCIA NOMINAL Rn Propiedades mecánicas del material. Dimensiones de la sección transversal. Esfuerzos residuales. Desviaciones de rectitud. Imperfecciones de construcción y montaje. Deterioro por corrosión. Variaciones en procedimientos de montaje. Cambio de uso. Simplificaciones del análisis. Dimensiones de construcción. Magnitud de las cargas. EFECTO DE LAS CARGAS NOMINALES ∑Qi

Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles Distribución de frecuencias para los efectos de las cargas (Q) y la Resistencia (R)

Condición “segura”: R ≥ Q R/Q ≥ 1 ln(R/Q) ≥ 0 Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles Distribución de frecuencias para pares Resistencia (R) - Carga (Q) Condición “segura”: R ≥ Q R/Q ≥ 1 ln(R/Q) ≥ 0 Probabilidad de falla

o índice de confiabilidad Relación entre el valor medio Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles β: índice de seguridad o índice de confiabilidad Relación entre el valor medio y la desviación estándar para la distribución de frecuencias de ln(R/Q)

DISEÑO POR ESFUERZOS ADMISIBLES (ASD) RESISTENCIA NOMINAL Rn Propiedades mecánicas del material. Dimensiones de la sección transversal. Esfuerzos residuales. Desviaciones de rectitud. Imperfecciones de construcción y montaje. Deterioro por corrosión. ΣγQ Variaciones en procedimientos de montaje. Cambio de uso. Simplificaciones del análisis. Dimensiones de construcción. Magnitud de las cargas. EFECTO DE LAS CARGAS NOMINALES ∑Qi DISEÑO POR ESFUERZOS ADMISIBLES (ASD) DISEÑO POR FACTORES DE CARGA Y DE RESISTENCIA (LRFD)

Concepto de Factor de Seguridad en Diseño por Esfuerzos Admisibles: Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles Concepto de Factor de Seguridad en Diseño por Esfuerzos Admisibles: Se aplica el mismo factor a la carga muerta y a la carga viva Resulta una considerable variación en los valores de β Ejemplo: Para vigas en perfiles laminados compactos y fluencia en miembros a tensión: β = 3.1 para L/D = 0.5 β = 2.4 para L/D = 4.0

Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles La variación en el índice de confiabilidad β inherente al diseño por esfuerzos admisibles (ASD) se reduce sustancialmente con el Diseño por Factores de Carga y de Resistencia (LRFD) mediante la definición de unos valores objetivo de β y la selección de factores de carga y de resistencia apropiados para obtener dichos valores.

SEGURIDAD ESTRUCTURAL DISEÑO POR FACTORES DE CARGA Y DE RESISTENCIA LRFD calibrado a ASD para L/D = 3.0 para flexión en vigas compactas y fluencia en miembros a tensión Factor de reducción de resistencia para estos estados límites: φ = 0.90 Valores de β implícitos: β = 2.6 para miembros β = 4.0 para conexiones

ANSI/AISC 360-10 Factor de Carga Efectivo (øRn/ΣQi)

Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles Al adoptarse el Diseño por Factores de Carga y Resistencia como único método permitido, se descarta la posibilidad de escoger “a conveniencia” entre este método y el de los Esfuerzos Admisibles. Los resultados serán así más consistentes en cuanto al nivel de confiabilidad.

Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs Diseño por Factores de Carga y de Resistencia vs. Diseño por Esfuerzos Admisibles Para combinaciones de cargas gravitacionales, el Diseño por Factores de Carga y Resistencia requerirá elementos con resistencias nominales mayores o menores que los que requeriría el método de los Esfuerzos Permisibles según que la relación entre la carga viva y la carga muerta sea mayor o menor que 3.0.

Combinaciones de carga NSR-98 NSR-10 1.4D 1.2D+1.6L+0.5(Lr ó G) 1.2D+1.6L+0.5(Lr ó G ó Le) 1.2D+1.6(Lr ó G)+(0.5L ó 0.8W) 1.2D+1.6(Lr ó G ó Le)+(1.0L ó 0.5W) 1.2D+1.3W+0.5L+0.5(Lr ó G) 1.2D+1.0W+1.0L+0.5(Lr ó G ó Le) 1.2D+1.0E+(0.5L ó 0.2G) 1.2D+1.0E+1.0L 0.9D-1.3W 0.9D+1.0W 0.9D-1.0E 0.9D+1.0E Adicionalmente aplicar las cargas T, F y H de manera que produzcan los esfuerzos más críticos

¿A QUÉ CARGAS NOS ENFRENTAMOS? Los parámetros Aa y Av como descripción de los movimientos sísmicos esperados. Zonas de amenaza sísmica Efecto del suelo subyacente Espectros de diseño Fuerzas sísmicas ¿A QUÉ CARGAS NOS ENFRENTAMOS?

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Los movimientos esperados del terreno, que en las normas NSR-98 se describían mediante el parámetro Aa, pasaron a describirse usando los parámetros Aa y Av en el Reglamento NSR-10. ¿cuál es el significado y las implicaciones de este cambio?

Movimientos sísmicos y espectros de diseño MOVIMIENTOS DEL TERRENO

Movimientos sísmicos y espectros de diseño Representación de los espectros de respuesta de velocidades, aceleraciones y desplazamientos para un amortiguamiento del 5% del crítico Vte = 51.5 cm/s Ate = 0.57g Velocidad Espectral Sv (cm/s) Dte = 8.5 cm Periodo Natural T (s)

Movimientos sísmicos y espectros de diseño En los espectros de respuesta: La aceleración espectral tiende a ser constante en el rango de períodos cortos (0.1 a 0.5 s) La velocidad espectral tiende a ser constante en el rango de períodos intermedios (entre 0.5 s y 2.5 s) El desplazamiento tiende a ser constante en el rango de periodos largos

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Esto permite que la complejidad del movimiento del terreno en un evento sísmico se puede describir, para efectos de diseño, a través de dos parámetros obtenidos de los espectros de respuesta.

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Sv 2.5 Vpe Sa 2.5 Velocidad Espectral Sv (cm/s) Ape Periodo Natural T (s)

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Sa(g): promedio de la aceleración amplificada por resonancia en el rango de periodos entre 0.1 y 0.5 s Sv (m/s): promedio de la velocidad amplificada por resonancia en el rango de periodos entre 0.9 y 1.1 s

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Ape (g):aceleración pico efectiva, valor representativo de las aceleraciones del movimiento del terreno, sin amplificación por resonancia, en el rango de periodos cortos. Ape= Sa/2.5

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Vpe (m/s): velocidad pico efectiva, valor representativo de las velocidades del movimiento del terreno, sin amplificación por resonancia, en el rango de periodos intermedios. Vpe= Sv/2.5

Movimientos sísmicos y espectro de diseño En NSR-10, el espectro de aceleraciones de diseño está en términos de Aa y Av como valores representativos de los movimientos del terreno: Aa (g): corresponde a la aceleración pico efectiva Aa = Ape Av (g): coeficiente que corresponde a la velocidad pico efectiva, Vpe, expresada en términos de aceleración Av (g) = (4/3)Vpe (Vpe en m/s)

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Mapas de valores de Aa y Av en NSR-10

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Aunque ya en el CCCSR-84 el espectro de aceleraciones de diseño estaba definido en términos de Aa y Av, para NSR-98 se había suprimido la referencia al parámetro Av por considerarse que los registros disponibles en aquel momento no eran suficientes para establecer la distinción entre los dos parámetros.

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Gracias a la Red Sismológica Nacional, adscrita a Ingeominas, se pasó de 11.008 eventos registrados en 1995 a 33.100 eventos a mayo de 2009. Esta base permitió volver en NSR-10 a la formulación con base en Aa y Av, con lo cual se gana una mejor descripción de los efectos de atenuación de las ondas sísmicas en el territorio nacional.

Movimientos sísmicos y espectro de diseño El mejor conocimiento de la tectónica nacional obtenido a través de las amplias investigaciones adelantadas por varias instituciones y universidades del país permiten así hoy realizar diseños más confiables.

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Mapas de valores de Aa en NSR-98 y NSR-10 Además de aparecer el nuevo mapa de valores de Av, hay cambios en el mapa de valores de Aa entre NSR-98 y NSR-10.

Movimientos sísmicos y espectro de diseño Mapas de valores de Aa en NSR-98 y NSR-10

Cambio en valores de Aa para capitales de departamento: Movimientos sísmicos y espectro de diseño Mapas de valores de Aa en NSR-98 y NSR-10 Cambio en valores de Aa para capitales de departamento: Ciudad NSR-98 NSR-10 Bogotá D.C 0.20 0.15 Cúcuta 0.30 0.35 Medellín Montería 0.10 Neiva 0.25 Pasto Quibdó Riohacha San José del Guaviare 0.05 Sincelejo Villavicencio Yopal

Zonas de Amenaza Sísmica NSR-98 NSR-10

Zonas de Amenaza Sísmica La zona de amenaza sísmica en la cual se encuentra la estructura determina de la capacidad de disipación de energía requerida

Efecto del suelo subyacente Definición de Perfiles de Suelo NSR-10

Efecto del suelo subyacente Coeficientes Fa y Fv en NSR-10

Efecto del suelo subyacente Coeficientes por efecto del suelo según NSR-98 y NSR_10 Fa Fv A 0.8 B 1.0 C 1.0 a 1.2 1.3 a 1.7 D 1.0 a 1.6 1.5 a 2.4 E 0.9 a 2.5 2.4 a 3.5 Suelo S1 S = 1.0 Suelo S2 S = 1.2 Suelo S3 S = 1.3

Espectros de Diseño Espectro elástico de aceleraciones de Diseño – NSR-10

Espectros de Diseño

Espectros de Diseño Espectro elástico de aceleraciones de Diseño – NSR-98

Espectros de Diseño

Espectros de Diseño

Espectros de Diseño

Espectros de Diseño

Fuerzas sísmicas Vs = Sa.g.M

¿CUÁL ES LA ESTRATEGIA DEL DISEÑO?

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente Como principio general, se busca sacar provecho de la gran ductilidad del acero.

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente Respuesta en el rango elástico

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente Respuesta en el rango inelástico

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente En general, se prefieren sistemas capaces de soportar múltiples ciclos de carga, con una respuesta controlada, antes que sistemas de gran resistencia.

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente Esto permite diseñar las estructuras con base en unas fuerzas sísmicas reducidas: E = Fs/R donde: R = φa.φp.φr.Ro es el coeficiente de capacidad de disipación de energía. Ro, el coeficiente de capacidad de disipación de energía básico, depende del sistema de resistencia a cargas sísmicas, y los coeficientes φa, φp y φr corresponden a condiciones que “castigan” dicha capacidad.

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente En puntos clave del SRCS de una estructura adecuadamente diseñada se tendrán elementos dúctiles, capaces de entrar en fluencia y proteger de sobreesfuerzos a otros elementos que no sean dúctiles. Los elementos no dúctiles de la estructura se diseñan con capacidad suficiente para resistir las fuerzas que ocurrirán después de que los elementos dúctiles entren en fluencia.

Requisitos generales del diseño Sismo Resistente Esta estrategia de diseño plantea los siguientes pasos: Incluir en la estructura un sistema de resistencia a cargas sísmicas bien definido Seleccionar un eslabón dúctil (“mecanismo”, “fusible”) en el SRCS Dimensionar el eslabón dúctil para las fuerzas sísmicas reducidas Detallar el eslabón dúctil de manera que sea capaz de resistir varios ciclos de carga inelástica Dimensionar los restantes elementos del SRCS para que trabajen en el rango elástico Detallar el resto de la estructura para que mantenga su integridad bajo los desplazamientos laterales esperados

¿DE QUÉ DISPONEMOS PARA LOGRAR NUESTRO OBJETIVO? Sistemas de Resistencia a Cargas Sísmicas Alternativas para el Análisis Uso de aisladores en la base y disipadores de energía ¿DE QUÉ DISPONEMOS PARA LOGRAR NUESTRO OBJETIVO?

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) Se caracterizan por su gran ductilidad. El comportamiento inelástico resulta de la formación de articulaciones plásticas.

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) Rótulas plásticas en las vigas (por flexión) En las vigas y en las bases y extremos superiores de las columnas En las vigas y en las bases de las columnas

PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) Rótulas plásticas en las zonas de panel (por Cortante)

PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) Rótulas plástica en las columnas (por M y Paxial) ¡INESTABILIDAD!

PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) NSR-10 Se definen pórticos resistentes con distintas capacidades de disipación de energía, y para cada uno de ellos se exige una capacidad de rotación inelástica: Tipo de Pórtico Capacidad de rotación inelástica requerida Rotación total esperada* PRM - DMI mínima 0.01 rad PRM - DMO 0.02 rad PRM - DES 0.03 rad 0.04 rad (*) Considerando que la rotación inelástica es igual a la deriva inelástica

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) NSR-10 En el tramo central de la viga (segmento especial) se alcanzan deformaciones inelásticas significativas. Las columnas y los tramos de viga por fuera del SE deben mantenerse en el rango elástico.

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCENTRICAMENTE (PAC) Mecanismo de fluencia Ventajas: - gran rigidez Desventajas: - menos dúctiles que otros sistemas - condiciones funcionales

PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCENTRICAMENTE (PAC) Tipos de Diagonalado

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCENTRICAMENTE (PAE) Mecanismo de Fluencia La energía sísmica inducida se disipa a través de la deformación inelástica del vínculo, por efecto de los esfuerzos de cortante o de flexión.

PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCENTRICAMENTE (PAE) Tipos de Diagonalado

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

PORTICOS ARRIOSTRADOS RIOSTRAS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) Con riostra en perfil tubular

PORTICOS ARRIOSTRADOS RIOSTRAS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR)

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

MUROS DE CORTANTE DE ACERO(MCA)

MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA) Desarrollo de diagonales Flexion del portico In the non-linear range, slender-web shear walls experience elastic shear buckling at low drifts. The strength realized in compression is negligible. Shear buckling is followed by development of a tension field anchored by the beams and columns (causing inward flexure). Also, as beams and columns are rigidly connected, they experience additional flexure. Pandeo por cortante

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

SISTEMA DE COLUMNAS EN VOLADIZO

SISTEMAS DE RESISTENCIA A CARGAS SÍSMICAS PORTICOS RESISTENTES A MOMENTO (PRM) PORTICOS CON CERCHAS DÚCTILES (PCD) PORTICOS ARRIOSTRADOS CONCÉNTRICAMENTE (PAC) PORTICOS ARRIOSTRADOS EXCÉNTRICAMENTE (PAE) PORTICOS ARRIOSTRADOS DE PANDEO RESTRINGIDO (PAPR) MUROS DE CORTANTE DE ACERO (MCA-DES) SISTEMAS DE COLUMNAS EN VOLADIZO (SCV) SISTEMAS COMPUESTOS

CONSTRUCCIÓN COMPUESTA Sistemas constructivos Conexión a cortante de viga de acero a muro en concreto reforzado

CONSTRUCCIÓN COMPUESTA Sistemas constructivos Conexión a momento de viga de acero a columna de concreto reforzado

CONSTRUCCIÓN COMPUESTA Sistemas constructivos Conexión parcialmente restringida en construcción compuesta

CONSTRUCCIÓN COMPUESTA Sistemas constructivos Conexión a momento de columna en perfil de acero embebido en concreto a viga de acero

CONSTRUCCIÓN COMPUESTA Sistemas constructivos Conexión a momento de columna en tubo relleno de concreto a viga de acero

ALTERNATIVAS PARA EL ANÁLISIS MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO ELÁSTICO : con requisitos actualizados para tener en cuenta los avances tecnológicos en la computación. MÉTODO DEL ANÁLISIS DINÁMICO INELÁSTICO MÉTODO DEL ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO DE PLASTIFICACIÓN PROGRESIVA: nuevo en NSR-10, introduce los requisitos del análisis “push-over”.

AISLADORES EN LA BASE Y DISIPADORES DE ENERGÍA En el Reglamento NSR-10 se permite el uso de aisladores en la base (A.3.8) y disipadores de energía (A.3.9) y se establecen las condiciones para uso, haciendo referencia a los estándares internacionales aplicables y exigiendo una supervisión técnica permanente.

FRENTES A CUIDAR Seis condiciones que se deben garantizar Consideraciones especiales para las conexiones Zonas protegidas FRENTES A CUIDAR

Condiciones que se deben garantizar RUTA (continuidad) RIGIDEZ RESISTENCIA REGULARIDAD REDUNDANCIA MECANISMOS DE FLUENCIA

RUTA (Continuidad) NSR-10 A.3.1.5: “Las fuerzas deben transmitirse desde su punto de aplicación hasta su punto final de resistencia. Por lo tanto debe proveerse una trayectoria o trayectorias continuas, con suficiente resistencia y rigidez para garantizar el adecuado traspaso de las fuerzas.”

RUTA (Continuidad)

RIGIDEZ

RIGIDEZ  

RESISTENCIA El elemento dúctil (p. ej. una riostra) debe ser el más débil sobre la trayectoria de carga. Para garantizar ésto la resistencia requerida de la conexión debe calcularse a partir de la “resistencia esperada” de la riostra. Esfuerzo de fluencia esperado = RyFy Resistencia a la rotura esperada = RtFu

RESISTENCIA

RESISTENCIA Según el sistema de resistencia sísmica se requerirá que algunos miembros cumplan requisitos de: ductilidad moderada, o ductilidad alta En ambos casos se establecen requisitos especiales de arriostramiento y límites b/t.

RESISTENCIA Valores límite más estrechos que los de F.2 para las relaciones b/t en los miembros. Ejemplo:

RESISTENCIA Requisitos especiales para las soldaduras: Soldaduras de demanda crítica

RESISTENCIA En NSR-10 se requiere que, según el SRCS y el grado de disipación de energía, los elementos frágiles o las conexiones entre elementos se diseñen para unas fuerzas sísmicas amplificadas por el coeficiente de sobrerresistencia Ω0.

REGULARIDAD   ϕp = 0,8 ϕp = 0,9 ϕa = 0,8 ϕa = 0,9

REDUNDANCIA El “coeficiente de ausencia de redundancia” castiga el hecho de que la estructura no tenga trayectorias alternas para las cargas en caso de falla de un miembro.  

Pórtico arriostrado excéntricamente con riostra en perfil tubular MECANISMO DÚCTIL Pórtico arriostrado excéntricamente con riostra en perfil tubular

MECANISMO DÚCTIL Conexión vínculo-columna, con refuerzo, en pórticos arriostrados excéntricamente

Consideraciones especiales: CONEXIONES El comportamiento de las conexiones es generalmente frágil, por lo cual deben tener mayor resistencia que los miembros conectados.

Consideraciones especiales: CONEXIONES Todos los pernos del SRCS deben ser de alta resistencia. Todos los pernos deben instalarse completamente tensionados. Todas las superficies deben prepararse como en juntas de deslizamiento crítico, clase A Excepción: Placas de extremo Transferencia de cargas por tensión en los pernos o por compresión en las placas, no por cortante.

Consideraciones especiales: CONEXIONES Pórtico arriostrado concéntricamente Conexión de la riostra a la platina de conexión para la condición de pandeo del arriostramiento por fuera del plano

Consideraciones Especiales: ZONA PROTEGIDA Zona protegida: sector del miembro donde se establecen limitaciones para la ubicación de accesorios y la fabricación

Consideraciones Especiales: ZONA PROTEGIDA

CONCLUSIONES

CONCLUSIONES El impacto económico de las normas sismorresistentes no puede verse solamente como un mayor costo inicial, sino considerando el riesgo de futuros daños o aún de un evento catastrófico y sus implicaciones. El paso de algunas edificaciones del Grupo de uso II al Grupo III, y el aumento de los coeficientes de importancia para estos dos grupos, se traduce en mayores fuerzas de diseño y mayores costos.

CONCLUSIONES Para los valores usados en los espectros mostrados como ejemplo, con Aa igual a 0.20 y 0.15 en NSR-98 y NSR-10 respectivamente, y Av igual a 0.20, el efecto conjunto de estos valores, de la nueva clasificación de los suelos, de las nuevas ecuaciones y de las propiedades dinámicas de la estructura resulta generalmente en mayores valores de las fuerzas sísmicas bajo NSR-10. Esta relación puede modificarse según haya cambiado el valor de Aa, según la relación entre los valores de Av y Aa o cuando la nueva clasificación del suelo pueda corresponder a uno u otro perfil. La experiencia adquirida a nivel mundial en los últimos años se ha traducido generalmente en requisitos más estrictos de análisis y detallado.

CONCLUSIONES La amplia gama de sistemas estructurales hoy considerados por las normas permite considerar distintas opciones para disminuir el impacto en los costos. El menú más amplio de materiales disponibles hoy permite hacer un uso más eficiente de ellos y disminuir los costos. Las herramientas de análisis hoy disponibles y consideradas en las normas permiten tomar decisiones sobre bases mucho más confiables y optimizar los diseños. Se dispone de la posibilidad de recurrir a las técnicas más modernas como son los aisladores en la base y los disipadores de energía.

¡Muchas gracias! MAURICIO J. CASTRO Ingeniero Civil, Universidad del Cauca M.Sc. Rensselaer Polytechnic Institute Industrias Ceno S.A. Escuela de Ingeniería de Antioquia