Seminario Internacional de Construcciones Sismo

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Juan Raúl Solarte G.
Historia breve de los sismos en Colombia.
Sismo de Popayán 1983
Código Colombiano de construcciones sismo resistentes:
CCCSR-84
Sismo de México de 1985.
Código Colombiano: NSR-98
Sismo de Armenia de 1999: Microzonificación en ciudades
Sismo de Cali de 2005
Código Colombiano: NSR-10; Títulos J y K.
Construcciones actuales en Colombia.
Otras experiencias.
EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO
RESISTENTE EN COLOMBIA
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE COLOMBIA
Zona de subducción
FUENTE DE LOS SISMOS
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE COLOMBIA
PLACAS TECTONICAS
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE COLOMBIA
SISMOS DE MAYOR INTENSIDAD EN EL MUNDO
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE COLOMBIA
JAPON
Fuente de sismos
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE COLOMBIA
Mapa de amenaza sísmica
Sismos en Colombia
Juan Raúl Solarte G.
POPAYAN: MARZO DE 1983, MAGNITUD 5.6 PROFUNDIDAD 30 KMS
Edificios de vivienda de 5 pisos
Construcciones sector histórico
•Este sismo de mediana intensidad fue el punto inicial para el primer código colombiano
de construcciones sismo resistentes CCCSR-84.
•Se basó en las publicaciones del ATC-3 que AIS en 1978 divulgó en el país.
•Los mayores daños ocurrieron en sectores populares, en el sector histórico y en
edificios de estructura aporticada, en estos la flexibilidad sobrepasaba todo límite:
mínimos tamaños de columnas, nudos sin confinamiento.
•Antes de la este código los diseños se basaban en las normas Americanas: ACI, SEAOC.
Juan Raúl Solarte G.
CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES
CCCSR-84
CCCSR-84 un hito en la Ingeniería
Comentarios al código
•Por ser la primera norma en nuestro país la AIS, hizo una gran labor de divulgación.
•Se basó en las publicaciones del ATC-3 y SEAOC que AIS publicó en el país.
•Los capítulos eran: requisitos de diseño, cargas, concreto reforzado, mampostería
estructural, edificaciones de 1 y 2 pisos, estructuras metálicas y sobre sanciones.
•Se cambió por fin la forma de diseñar, revisar y construir, basándose en una norma
legal.
•AIS hizo el estudio de riesgo sísmico general para poder adoptar los valores de
aceleración, los cuales se necesitaban para el diseño sismo resistente.
Juan Raúl Solarte G.
MEXICO DF:SEPT DE 1985, MAGNITUD 8.1, PROFUNDIDAD 15KMS
Colapsos por discontinuidades
Colapso de edificios por excesiva flexibilidad
•Este sismo significó y produjo enormes interrogantes al diseño sismo resistente.
•Colapsaron 350 edificios y el 85% de estos tenían placas con columna-capitel sin
conexión con vigas.
•A raíz de este evento y otros similares se producen cambios en las normas, en nuestro
caso se modificó el límite del control de la deriva, había que pasar de 1.5% a 1% de la
altura de los entrepisos, se necesitaba controlar la flexibilidad de los entrepisos.
• También más control en la forma de considerar la irregularidades en planta y en altura.
• La ingeniería sísmica estudió en detalle este caso para aprender de las experiencias.
Juan Raúl Solarte G.
NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO
RESISTENTE NSR-98
•Se corrigieron las debilidades de la norma del 84: daños graves en edificios de 5 pisos
o menos, excesiva flexibilidad con daños en elementos no estructurales; daños en
columnas por falta de estribos en nudos, daños en mampostería reforzada por falta de
práctica en su manejo, .
•Se tuvo en cuenta que el 86% de los colombianos vivimos en zona de alto riesgo
sísmico.
•Tal vez lo más importante fue el cambio en los sistemas estructurales utilizados.
•Se dan normas específicas para el diseño de los
elementos no estructurales
•La filosofía de la norma ahora es proteger la vida
humana y los bienes de las personas.
Juan Raúl Solarte G.
NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO
RESISTENTE NSR-98
NSR-98 Una norma actualizada; comentarios tomados del prólogo:
•Colombia es uno de los países donde más se usa el sistema de pórticos de concreto
reforzado; este tiene muchas ventajas desde el punto de vista arquitectónico y de
facilidad constructiva, pero es excesivamente flexible ante los sismos lo cual conduce a
una desprotección de los acabados.
•Esto se ha resuelto a nivel mundial con el uso de muros estructurales para minimizar la
flexibilidad.
•El uso de esta nueva norma para propugnar el cambio en los sistemas estructurales ha
tenido una incidencia definitiva en la construcción de vivienda, sus costos y
comportamiento durante los sismos.
•La limitación de la irregularidad en los edificios es ahora fundamental para el control de
daños y comportamiento a cargas laterales; en la norma de 1984 solamente había
advertencias pero no requisitos formales para limitar las irregularidades.
•En la norma 84 no existían detalles sobre elementos no estructurales.
•Se acoge el tema de otros materiales estructurales como aluminio y madera.
Juan Raúl Solarte G.
ESTRUCTURA PUNTUAL
COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS
Carga
lateral
Deformada
Pórtico
Desplazamiento
alto
Presenta deformación muy grande en los
pisos inferiores.
Juan Raúl Solarte G.
ESTRUCTURA DE MUROS
COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS
Carga lateral
Deformada
Muro
Bajo desplazamiento
Funciona como un elemento en voladizo.
con bajas deformaciones en los pisos inferiores.
Juan Raúl Solarte G.
ARMENIA: 1999, MAGNITUD 6.4, PROFUNDIDAD 33KMS
Colapso de casas de 2 pisos
Colapso de edificios por excesiva flexibilidad
•Produjo daños el colapso de viviendas de 1 y 2 pisos y edificios de 4 y 5 pisos.
•Hubo 2000 muertos y 50 edificios colapsaron, para un sismo de mediana intensidad se
considera como un daño excesivo.
•De los 50 edificios solamente 9 eran anteriores a la norma de 1984.
•Las razones: mala calidad en la construcción, localizados sobre suelos blandos, y los
estudios de aceleraciones habían subestimado el coeficiente de sitio que en algunos
lugares alcanzó un valor de 2, cifra esta muy alta no contemplada en la norma,
• No se consideraron los efectos locales: fallas activas, suelos blandos y topografía.
Juan Raúl Solarte G.
MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES
Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez –Lili Cali
•En las principales ciudades de Colombia se emprendieron estudios
de microzonificación sísmica, clasificando las zonas dependiendo de
la amenaza sísmica y de acuerdo con la aceleración esperada en
cada sitio.
•Estos estudios permitieron la racionalización en los diseños y
construcción de las edificaciones y hacerlas seguras a los sismos.
Juan Raúl Solarte G.
MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES
Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez –Lili Cali
Espectro Microzonificación Sísmica
Espectro Titulo A
Juan Raúl Solarte G.
CALI, N0V 15 DE 2004, MAGNITUD 6.7,PROFUNDIDAD 10KMS
Daños en edificios en zona Av=0.40
Hospital con daños no estructurales
•El epicentro fue en la zona de subducción del pacífico, frente a las costas de Chocó.
•Se presentó una aceleración máxima de 0.10g, en zonas donde hay estratos de arcillas
saturadas de más de 20 metros de espesor.
•En el caso de la Clínica Farallones los daños en elementos estructurales fueron tan
generalizados que se desocupó durante 3 años y su reparación excedió los costos de la
construcción misma.
•Con este sismo se pudo constatar la gran importancia de los efectos locales sobre las
estructuras, especialmente el factor de sitio.
Juan Raúl Solarte G.
CALI, N0V 15 DE 2004, CLINICA FARALLONES
Coeficiente Cs con la norma CCCSR-84: 0.39g
•Av=0.25 aceleración pico efectiva
•I= 1.3 coeficiente de importancia ocupacional
•S=1.2 factor de sitio
Coeficiente Cs con la norma NSR-98: 0.77g
•Av= 0.4 aceleración pico efectiva
•I= 1.3 coeficiente de importancia
•S=1.2 factor de sitio
•P=0.81 irregularidad en planta y altura
Clínica Farallones consolidada estructuralmente con riostras metálicas
•La norma de 1984, no consideraba las irregularidades de la estructura.
•Los valores de aceleración pico efectiva son sensiblemente diferentes.
•Como resultado de este análisis comparativo, el cortante basal obtenido con cada una
de las normas es muy diferente y difieren en un 97% .
•Con este chequeo se puede concluir que la estructura no era adecuada para las
condiciones de la nueva norma.
Juan Raúl Solarte G.
CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES
NSR-10
Coeficiente Cs con la norma NSR-10
•Aa= Aceleración pico efectiva
•Av= Velocidad pico efectiva
•I= Coeficiente de importancia ocupacional
•Fa=Coeficiente de amplificación, períodos cortos
•Fv= Coeficiente de amplificación, intermedios
•R= Coeficiente básico disipación de energía, ahora
afectado por irregularidades en planta, altura y
redundancia, este último nuevo.
•T= Período de vibración en segundos.
Una norma a la última moda: Diciembre 15 de 2010
•Con avances y actualizaciones importantes.
•El título C, estructuras de concreto se toma de la norma ACI 2008, es idéntico.
•Se cambiaron significativamente los títulos A,B,C,F y se agregaron los capítulos J y K.
• Al igual que la norma anterior se basa en las experiencias vividas en los últimos, o sea
en la última década.
•El cortante basal en esta nueva norma se puede incrementar entre un 15 a un 20%,
comparado con la norma NSR-98.
Juan Raúl Solarte G.
CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES
NSR-10
Solarte y Cia.
Propietario:
Proyecto:
Localización:
Contenido:
EDIFICIO BELMONTE
VULNERABILIDAD BELMONTE
CALI
Espectro de Diseño-NSR-10
Calculó:
Revisó:
Hoja:
Fecha:
Ing. Fabio A. Rivera
Ing. Juan Raúl Solarte
19/06/2012
ESPECTRO DE DISEÑO
NORMA NSR-10
Aa [g]:
Av [g]:
Fa:
Fv :
I:
Aa*Fa*I:
2.5*Aa*Fa*I:
To [s]:
Tc [s]:
Tl [s]:
0.25
0.25
1.3
1.9
1
0.33
0.81
0.15
0.70
4.56
0.900
ACEL ESPECTRAL [Sa]
0.800
0.700
0.600
0.500
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
PERIODO T [SEG]
Espectro de diseño según la norma NSR-10
5.000
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Vivienda de varios pisos
Edificios en Armenia Colombia
Edificio Rio Apartamentos
•Como se pudo constatar en los sismos mencionados y debido al mal comportamiento
de los edificios de pórticos de concreto, hoy en día un 80-90% de los edificios de
vivienda se construyen con estructura de muros de concreto.
•Voy a mostrar algunos ejemplos de los edificios construidos o en construcción.
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Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Multifamiliares de 5 pisos
Vivienda de interés social 5 pisos
•Al principio se trabajo en edificios de pocos pisos, normalmente 5 pisos.
•Vivienda de Interés social como Santa Elena, 3200 apartamentos de 47 m2.
•Hoy en dia se construyen desde casas de 1 y 2 pisos hasta edificios en altura 20-25
pisos
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Edificio de 26 pisos Medellín
Esquema de los muros en 2 direcciones
•Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de
la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos.
•Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados
en las 2 direcciones principales de la estructura.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Casa de 2 pisos
Condominios de casas de clase media
•Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de
la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos.
•Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados
en las 2 direcciones principales de la estructura.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Edificios en altura
Arquitectura compleja, hay soluciones
•Se pueden diseñar y construir edificios en altura.
•Edificios de arquitectura compleja se afrontan con ciertos detalles especiales,
buscando la continuidad estructural de sus elementos principales y teniendo especial
cuidado en la ubicación de muros en los 2 sentidos.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO
Refuerzo vs número de pisos
Comparación con otros sistemas
•Las cuantías de refuerzo dependen básicamente del número de pisos y de la exigencia
sísmica de la zona.
•La comparación de los sistemas de muros de carga vs los pórticos de concreto favorece
ampliamente al sistema de muros.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Clínica “Amiga” Comfandi Cali
Localización de los aisladores
•Otra alternativa que se ha empezado a usar en Colombia es la de aislar las estructuras
en la base.
•Hasta la fecha hemos diseñado 5 proyectos, el primero ya está en funcionamiento, otro
en construcción, el tercero en fase de presupuesto y 2 en proceso de diseño.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Prueba de un aislador se desplaza 114 centímetros
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Periodo Fundamental
Base Fija
Periodo Fundamental
Aislamiento en la Base
Comparación de la aceleración: Estructura Fija y Aislada, la
aceleración baja de 0.62 a 0.16 de g.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Clínica “Imbanaco en construcción: 82000 m2
Aislador en proceso de fabricación
•Esta clínica es un reto enorme por la complejidad del terreno donde se construye y por
estar localizada en la zona de mayor riesgo sísmico dentro de la ciudad.
•Aunque hay muchas clases de aisladores se escogieron estos por la basta experiencia
de los fabricantes.
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Planta de localización de los aisladores
Juan Raúl Solarte G.
ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE
Un aislador durante el sismo de Japón de 2011
Juan Raúl Solarte G.
EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA