ISO 2017 Español

Estándar Internacional
ISO 3010
Tercera Edición
2017-03
Bases para el diseño de
estructuras Acciones sísmicas sobre
estructuras.
Índice
Prólogo ................................................................................................................... 1
Introducción........................................................................................................... 3
1 Alcance................................................................................................................ 4
2 Referencias Normativas..................................................................................... 5
3 Términos y Definiciones .................................................................................... 5
4 Símbolos y términos abreviados ...................................................................... 8
5 Bases del diseño sísmico .................................................................................. 9
6 Principios del diseño sísmico ......................................................................... 10
6.1 Condiciones del sitio .................................................................................... 10
6.2 Configuración estructural ............................................................................. 10
6.2.1 Planificar irregularidades ....................................................................... 11
6.2.2 Irregularidades verticales ....................................................................... 11
6.3 Influencia de elementos no estructurales ..................................................... 11
6.4 Fuerza y Ductilidad ...................................................................................... 12
6.5 Deformación de la estructura ....................................................................... 12
6.6 Sistema de control de respuesta .................................................................. 13
6.7 Cimientos ..................................................................................................... 13
7 Principios de evaluación de acciones sísmicas ............................................ 13
7.1 Acciones variables y accidentales................................................................ 13
7.2 Análisis estáticos dinámicos y equivalentes ................................................. 14
7.2.1 Análisis estático equivalente .................................................................. 14
7.2.2 Análisis dinámico ................................................................................... 14
7.2.3 Análisis estático no lineal ....................................................................... 15
7.3 Criterios para la determinación de acciones sísmicas ................................. 15
7.3.1 Sismicidad de la región .......................................................................... 15
7.3.2 Condiciones del sitio .............................................................................. 16
7.3.3 Propiedades dinámicas de la estructura ................................................ 16
7.3.4 Consecuencia del fracaso de la estructura ............................................ 17
7.3.5 Variación espacial del movimiento de tierra del terremoto ..................... 17
8 Evaluación de acciones sísmicas por análisis estático equivalente ........... 17
8.1 Cargas estáticas equivalentes ..................................................................... 17
8.1.1 ULS ........................................................................................................ 18
8.1.2 SLS ........................................................................................................ 19
8.2 Efectos de acción sísmica dentro del sistema de resistencia sísmica ......... 20
8.3 Acciones sísmicas en partes de estructuras ................................................ 21
9 Evaluación de acciones sísmicas por análisis dinámico ............................. 21
9.1 General ........................................................................................................ 21
9.2 Procedimientos de análisis dinámico ........................................................... 22
9.3 Análisis de espectro de respuesta ............................................................... 22
9.4 Análisis del historial de respuestas y movimientos de tierra del terremoto .. 22
9.4.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados ................................. 23
9.4.2 Movimientos terrestres de terremotos simulados................................... 24
9.5 Modelo de la estructura ................................................................................ 25
9.6 Evaluación de resultados analíticos ............................................................. 25
10 Análisis estático no lineal.............................................................................. 26
11 Estimación de las influencias para sísmicas ............................................... 27
Anexo A (informativo) Factores de carga relacionados con la confiabilidad de
la estructura, el factor de zonificación de riesgo sísmico y los valores
representativos de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto...... 27
Anexo B (informativo) Espectro de respuesta de diseño normalizado
.............................................................................................................................. 34
Anexo C (informativo) Parámetros de distribución de fuerza sísmica para
análisis estático equivalente .............................................................................. 37
Anexo D (informativo) Factor de diseño estructural para análisis lineal
.............................................................................................................................. 42
Anexo E (informativo) Combinación de componentes de acción sísmica
.............................................................................................................................. 46
Anexo F (informativo) Momentos torsionales
.............................................................................................................................. 49
Anexo G (informativo) Relación de amortiguación ............................................ 50
Anexo H (informativo) Análisis dinámico............................................................ 54
Anexo I (informativo) Análisis estático no lineal y método de espectro de
capacidad ............................................................................................................. 63
Anexo J (informativo) Interacción suelo-estructura ......................................... 69
Anexo K (informativo) Diseño sísmico de edificios de gran altura .................. 72
Anexo L (informativo) Límites de deformación .................................................. 76
Anexo M (informativo) Sistema de control de respuesta................................... 78
Anexo N (informativo) Construcción sin ingeniería ........................................... 84
Anexo O (informativo) Acciones de tsunami ...................................................... 87
Anexo P (informativo) Influencias parasísmicas ................................................ 91
Bibliografía........................................................................................................... 92
Prólogo
ISO (Organización Internacional de Normalización) es una federación mundial de
organismos nacionales de normalización (organismos miembros de ISO). El trabajo
de preparación de normas internacionales se lleva a cabo normalmente a través de
comités técnicos de ISO. Cada organismo miembro interesado en un tema para el
cual se ha establecido un comité técnico tiene derecho a estar representado en ese
comité.
Las
organizaciones
internacionales,
gubernamentales
y
no
gubernamentales, en contacto con ISO, también participan en el trabajo. ISO
colabora estrechamente con la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en todos
los asuntos de normalización electrotécnica.
Los procedimientos utilizados para desarrollar este documento y los destinados a
su posterior mantenimiento se describen en las Directivas ISO / IEC, Parte 1. En
particular, deben tenerse en cuenta los diferentes criterios de aprobación necesarios
para los diferentes tipos de documentos ISO. Este documento fue redactado de
acuerdo con las reglas editoriales de las Directivas ISO / IEC, Parte 2 (ver
www.iso.org/directives).
Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de este
documento puedan estar sujetos a derechos de patente. ISO no será responsable
de identificar ninguno o todos los derechos de patente. Los detalles de los derechos
de patente identificados durante el desarrollo del documento se encontrarán en la
Introducción y / o en la lista ISO de declaraciones de patentes recibidas (ver
www.iso.org/patents).
Cualquier nombre comercial utilizado en este documento es información dada para
la conveniencia de los usuarios y no constituye un endoso.
Para obtener una explicación sobre la naturaleza voluntaria de las normas, el
significado de los términos y expresiones específicos de ISO relacionados con la
evaluación de la conformidad, así como información sobre la adhesión de ISO a los
principios de la Organización Mundial del Comercio (OMC) en las Obstáculos
1
técnicos
al
comercio
(OTC),
consulte
el
siguiente
URL:
www.iso.org/iso/foreword.html.
Este documento fue preparado por ISO / TC 98, Bases para el diseño de
estructuras, Subcomité SC 3, Cargas, fuerzas y otras acciones.
Esta tercera edición cancela y reemplaza la segunda edición (ISO 3010: 2001), que
ha sido revisada técnicamente.
2
Introducción
Este documento presenta principios básicos para la evaluación de acciones
sísmicas en estructuras. Las acciones sísmicas descritas son fundamentalmente
compatibles con ISO 2394.
También incluye principios de diseño sísmico, ya que la evaluación de acciones
sísmicas en estructuras y el diseño de las estructuras están estrechamente
relacionados.
Los anexos de A a P de este documento son solo para información.
NOTA 1: ISO 23469 e ISO 13033 son documentos complementarios de este
documento. Proporcionan criterios de diseño básicos para trabajos geotécnicos y
para componentes y sistemas no estructurales, respectivamente.
NOTA 2: ISO 23469 especifica el procedimiento para determinar el movimiento del
terreno de diseño para el análisis dinámico de trabajos geotécnicos. El
procedimiento en ISO 23469 es aplicable a la generación de movimiento de diseño
del terreno para las estructuras que exhiben interacción con el terreno o las obras
geotécnicas.
NOTA 3: ISO 13033 y sus anexos usan los mismos términos y definiciones que se
usan en este documento. Los criterios de movimiento del suelo especificados en
ISO 13033 son los mismos criterios que se utilizan en este documento. La demanda
de componentes y sistemas no estructurales está directamente relacionada con la
respuesta del edificio en el que se encuentran. Por lo tanto, los procedimientos
utilizados para determinar el movimiento del terreno de diseño y la respuesta
sísmica del edificio se refieren directamente a este documento.
3
Bases para el diseño de estructuras: acciones sísmicas sobre
estructuras
1 Alcance
Este documento especifica los principios de evaluación de acciones sísmicas para
el diseño sísmico de edificios (incluyendo tanto la superestructura como los
cimientos) y otras estructuras.
Este documento no es aplicable a ciertas estructuras, como puentes, presas, obras
geotécnicas y túneles, aunque algunos de los principios pueden ser mencionados
para el diseño sísmico de esas estructuras.
Este documento no es aplicable a las centrales nucleares, ya que estas se tratan
por separado en otras Normas Internacionales.
En regiones donde el riesgo sísmico es bajo, los métodos de diseño para la
integridad estructural pueden usarse en lugar de métodos basados en una
consideración de las acciones sísmicas.
Este documento no es un código legalmente vinculante y exigible. Puede verse
como un documento fuente que se utiliza en el desarrollo de códigos de práctica por
la autoridad competente responsable de emitir las regulaciones de diseño
estructural.
NOTA 1: Este documento se ha preparado principalmente para nuevas estructuras
de ingeniería. Sin embargo, los principios son aplicables al desarrollo de reglas
prescriptivas apropiadas para estructuras no diseñadas (ver Anexo N). Los
principios también podrían aplicarse a la evaluación de acciones sísmicas en
estructuras existentes.
NOTA 2: Otras estructuras incluyen estructuras auto portantes que no sean edificios
que transporten cargas de gravedad y que sean necesarias para resistir las
acciones sísmicas. Estas estructuras incluyen sistemas de resistencia sísmica a la
fuerza similares a los de los edificios, como una torre armada o un estante para
tuberías, o sistemas muy diferentes de los de los edificios, como un tanque de
4
almacenamiento de líquidos o una chimenea. Ejemplos adicionales incluyen
estructuras encontradas en plantas químicas, minas, plantas de energía, puertos,
parques de atracciones e instalaciones de infraestructura civil.
NOTA 3: El nivel de riesgo sísmico que se consideraría bajo depende no solo de la
sismicidad de la región sino también de otros factores, incluidos los tipos de
construcción, las prácticas tradicionales, etc. Los métodos de diseño para la
integridad estructural incluyen fuerzas horizontales de diseño nominal (como una
carga estática equivalente determinada a partir de un análisis estático equivalente
simplificado) que proporciona una medida de protección contra acciones sísmicas.
2 Referencias Normativas
Los siguientes documentos se mencionan en el texto de tal manera que parte o la
totalidad de su contenido constituye un requisito de este documento. Para las
referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha,
se aplica la última edición del documento referenciado (incluidas las enmiendas).
ISO 13033, bases para el diseño de estructuras - cargas, fuerzas y otras acciones acciones sísmicas en componentes no estructurales para aplicaciones de
construcción.
3 Términos y Definiciones
Para los fines de este documento, se aplican los siguientes términos y definiciones.
ISO e IEC mantienen bases de datos terminológicas para su uso en la
estandarización en las siguientes direcciones:
- IEC Electropedia: disponible en http://www.electropedia.org/
- Plataforma de navegación en línea ISO: disponible en http://www.iso.org/obp
3.1 Base de corte
Diseño de fuerza horizontal que actúa en la base de la estructura.
5
3.2 método de combinación cuadrática completa CQC
Método para evaluar la respuesta máxima de una estructura mediante la
combinación cuadrática de valores de respuesta modal.
3.3 Ductilidad
Capacidad de deformarse más allá del límite elástico bajo cargas cíclicas sin una
reducción significativa en la resistencia o la capacidad de absorción de energía.
3.4 Licuefacción
Pérdida o reducción significativa de la resistencia al corte y la rigidez bajo cargas
cíclicas en suelos saturados, sueltos, sin cohesión.
3.5 Movimiento de tierra moderado del terremoto
Movimiento de tierra utilizado para SLS causado por terremotos que se puede
esperar que ocurran en el sitio durante la vida útil de la estructura.
Nota 1 a la entrada: Ver Anexo A.
3.6 Espectro de respuesta de diseño normalizado
Espectro para determinar el factor de cizallamiento base en relación con la
aceleración máxima del suelo en función del período natural fundamental de la
estructura.
3.7 Influencias para sísmicas
Movimiento de tierra cuyas características son similares a las de movimientos de
tierra de terremotos, pero sus fuentes se deben principalmente a actividades
industriales, explosivas, de tráfico y otras actividades humanas.
3.8 Efecto P-delta
Efecto de segundo orden causado por la acción de la gravedad sobre la masa
desplazada.
6
3.9 Fuerza restauradora
Fuerza ejercida por la estructura deformada o elementos estructurales que tiende a
mover la estructura o elementos estructurales a la posición original.
3.10 Factor de distribución de fuerza sísmica del i-ésimo nivel 𝑲𝑭,𝒊
Factor para distribuir la cizalladura de la base sísmica al nivel i-ésimo, que
caracteriza la distribución de las fuerzas sísmicas en elevación, donde ∑ 𝐾𝐹,𝑖 = 1
Nota 1 a la entrada: Ver Anexo C.
3.11 factor de zonificación de riesgo sísmico 𝑲𝒁
Factor para expresar el riesgo sísmico relativo de la región.
3.12 Factor de corte sísmico
Factor para dar un corte sísmico de un nivel, que se define como el corte sísmico
del nivel dividido por el peso de la estructura por encima del nivel.
3.13 Factor de distribución de corte sísmico del i-ésimo nivel 𝑲𝑽,𝒊
Relación del factor de corte sísmico del nivel i al factor de corte sísmico de la base,
que caracteriza la distribución de las cizallas sísmicas en elevación donde kV,i = 1
en la base y generalmente se hace más grande en la parte superior.
Nota 1 a la entrada: Ver Anexo C.
3.14 Terremoto severo movimiento de tierra
Movimiento de tierra utilizado para ULS causado por un terremoto que podría ocurrir
en el sitio
Nota 1 a la entrada: Ver Anexo A.
3.15 Interacción suelo-estructura
Efecto por el cual la estructura y el suelo circundante afectan mutuamente su
respuesta general.
7
3.16 Método de raíz cuadrada de suma de cuadrados
Método para evaluar la respuesta máxima de una estructura mediante la raíz
cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores de respuesta modal.
3.17 factor de diseño estructural 𝑲𝑫
Factor para reducir las fuerzas sísmicas o cizallas a niveles que se utilizarán para
el diseño, teniendo en cuenta la ductilidad, la deformación aceptable, la
recuperación de la fuerza característica y la sobretensión de la estructura.
4 Símbolos y términos abreviados
𝐹𝐸,𝑠,𝑖 Diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para SLS
𝐹𝐸,𝑢,𝑖 Diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para ULS
𝐹𝐺,𝑖 Carga de gravedad en el nivel i-ésimo de la estructura
𝐾𝐸,𝑠 Valor representativo de la intensidad del movimiento del suelo por terremoto
para SLS
𝐾𝐸,𝑢 Valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto
para ULS
𝐾𝑅 Ordenada del espectro de respuesta de diseño normalizado
𝐾𝑠 Factor de suelo
n cantidad de niveles por encima de la base 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑗 ∑𝑛𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗
SLS Estado límite de servicio
SRSS Raíz cuadrada de suma de cuadrados
SSI Interacción suelo-estructura
ULS Estado límite final
𝑉𝐸,𝑠,𝑖 Cizalla sísmica lateral de diseño del nivel i de una estructura para SLS
𝑉𝐸,𝑢,𝑖 Cizalla sísmica lateral de diseño del i-ésimo nivel de una estructura para ULS
8
𝛾𝐸,𝑠 Factor de carga relacionado con la confiabilidad de la estructura para SLS
𝛾𝐸,𝑢 Factor de carga relacionado con la confiabilidad de la estructura para ULS
5 Bases del diseño sísmico
La filosofía básica del diseño sísmico de estructuras es, en caso de terremotos.
-
Para prevenir bajas humanas,
-
Para garantizar la continuidad de los servicios vitales, y
-
Para reducir el daño a la propiedad.
Además de estos, deben considerarse los objetivos sociales para el medio
ambiente.
Se reconoce que brindar protección completa contra todos los terremotos no es
económicamente factible para la mayoría de los tipos de estructuras. Este
documento establece los siguientes principios básicos.
a. La estructura no debe colapsar ni experimentar otras formas similares de falla
estructural debido a movimientos severos de terremoto que podrían ocurrir
en el sitio [estado límite final (ULS)]. Se debe proporcionar mayor
confiabilidad para este estado límite para estructuras con alta consecuencia
de falla.
b. La estructura debe soportar movimientos de tierra moderados por terremotos
que pueden ocurrir en el sitio durante la vida útil de la estructura con daños
dentro de los límites aceptados [estado límite de servicio (SLS)].
La integridad estructural también debe examinarse considerando el comportamiento
de la estructura después de exceder cada uno de los estados límite (SLS y ULS).
Si es esencial que los servicios (por ejemplo, equipos mecánicos y eléctricos,
incluidos sus sistemas de distribución) retengan sus funciones después de
movimientos de tierra severos o moderados, entonces las acciones sísmicas deben
evaluarse de acuerdo con el requisito de ISO 13033. La estructura en sí también
debe ser verificó que las funciones esenciales permanecen operativas bajo el mismo
nivel de los movimientos.
9
NOTA 1: Además del diseño sísmico y la construcción de estructuras establecidas
en este documento, es importante considerar contramedidas adecuadas contra
desastres posteriores (como incendios, fugas de materiales peligrosos de
instalaciones industriales o tanques de almacenamiento, deslizamientos de tierra a
gran escala y tsunamis) que puede ser provocada por un terremoto.
NOTA 2: Después de un terremoto, es posible que las estructuras dañadas por el
terremoto deban evaluarse para una ocupación segura durante un período de
tiempo en que ocurren réplicas. Este documento, sin embargo, no aborda las
acciones que se pueden esperar debido a las réplicas. En este caso, se requiere un
modelo de la estructura dañada para evaluar las acciones sísmicas.
6 Principios del diseño sísmico
6.1 Condiciones del sitio
Se deben evaluar las condiciones del sitio bajo acciones sísmicas, teniendo en
cuenta los criterios de microzonificación (proximidad a fallas activas, perfil del suelo,
comportamiento del suelo bajo gran deformación, potencial de licuefacción,
topografía, irregularidad del subsuelo y otros factores como las interacciones entre
estos).
En el caso de los sitios propensos a la licuefacción, se deben introducir cimientos
apropiados y / o mejoras del terreno para acomodar o controlar tales fenómenos
(ver ISO 23469).
En áreas propensas al peligro de tsunami, se requieren ciertas estructuras
importantes (refugios de evacuación vertical, hospitales, instalaciones de
comunicación de emergencia, etc.) para resistir las acciones de tsunami (ver Anexo
O).
6.2 Configuración estructural
Para una mejor resistencia sísmica, se recomienda que las estructuras tengan
formas regulares tanto en planta como en elevación.
10
6.2.1 Planificar irregularidades
Los elementos estructurales para resistir las acciones sísmicas horizontales deben
disponerse de manera que los efectos de torsión se vuelvan lo más pequeños
posible. Las formas irregulares en el plano que causan la distribución excéntrica de
las fuerzas no son deseables, ya que producen efectos torsionales que son difíciles
de evaluar con precisión y que pueden amplificar la respuesta dinámica de la
estructura (ver Anexo F).
6.2.2 Irregularidades verticales
Los cambios en la masa, la rigidez y la capacidad a lo largo de la altura de la
estructura deben minimizarse para evitar la concentración de daños (ver Anexo C).
Cuando se va a diseñar una estructura con forma compleja, se recomienda un
análisis dinámico apropiado para verificar el comportamiento potencial de la
estructura.
6.3 Influencia de elementos no estructurales
La estructura, incluidos los elementos estructurales y no estructurales, debe
definirse claramente como un sistema sísmico resistente a la fuerza que puede
analizarse. Al calcular la respuesta al terremoto de una estructura, se debe
considerar la influencia no solo de los elementos del sistema estructural, sino
también de los muros, particiones, escaleras, ventanas, etc., que no son
estructurales cuando son significativos para la respuesta estructural.
NOTA: Los elementos no estructurales a menudo se descuidan en el análisis
sísmico. En muchos casos, los elementos no estructurales pueden proporcionar
resistencia y rigidez adicionales a la estructura, lo que puede dar lugar a un
comportamiento favorable durante los terremotos que justifica su descuido. Sin
embargo, en algunos casos, los elementos no estructurales pueden causar un
comportamiento desfavorable. Los ejemplos son: muros de tímpano que reducen la
altura libre de las columnas de hormigón armado y provocan la falla de corte frágil
en las columnas, y la disposición asimétrica de los muros de separación (que se
consideran elementos no estructurales) que causa grandes momentos de torsión a
11
la estructura. Por lo tanto, es importante considerar todos los elementos tal como
se comportan durante los terremotos. Si descuidar la rigidez y la resistencia de los
elementos no estructurales no causa ningún comportamiento desfavorable, no es
necesario incluirlos en el análisis sísmico. ISO 13033 proporciona criterios
adicionales sobre cuándo se deben incluir componentes no estructurales en el
modelo de análisis sísmico del edificio.
6.4 Fuerza y Ductilidad
El sistema estructural y sus elementos estructurales (miembros y conexiones)
deben tener la resistencia y la ductilidad adecuadas para las acciones sísmicas
aplicadas. Se debe proporcionar un rendimiento pos elástico adecuado mediante la
elección adecuada del sistema estructural y / o los detalles dúctiles. La estructura
debe tener una resistencia adecuada para las acciones sísmicas aplicadas y una
ductilidad suficiente para garantizar una absorción de energía adecuada (ver Anexo
D). Se debe prestar especial atención a la supresión del bajo comportamiento dúctil
de los elementos estructurales, tales como pandeo, falla de unión, falla de corte y
fractura frágil. Debe tenerse en cuenta el deterioro de la fuerza de restauración bajo
cargas cíclicas.
Las capacidades locales de la estructura pueden ser superiores a las asumidas en
el análisis. Tales sobrecapacidades deben tenerse en cuenta al evaluar el
comportamiento de la estructura, incluido el modo de falla de los elementos
estructurales, el mecanismo de falla de la estructura y el comportamiento de los
cimientos debido a movimientos severos de terremoto.
6.5 Deformación de la estructura
La deformación de la estructura bajo acciones sísmicas debe ser limitada, a fin de
restringir el daño por movimientos de tierra moderados por terremoto y evitar el
colapso u otras formas similares de falla estructural por movimientos de tierra
severos por terremoto.
Para estructuras de períodos largos, como edificios de gran altura y edificios
sísmicamente aislados, los efectos de la respuesta repetida de desplazamiento
12
grande deben evaluarse para movimientos de tierra severos con períodos largos y
de larga duración y limitarse a estar dentro de la capacidad de deformación.
NOTA: Hay dos tipos de deformación para controlar: (1) deriva entre pisos para
restringir el daño a elementos no estructurales y (2) desplazamiento lateral total para
evitar el contacto dañino con estructuras adyacentes (ver Anexo L).
6.6 Sistema de control de respuesta
Sistemas de control de respuesta para estructuras, p. Los dispositivos de
aislamiento sísmico o de disipación de energía se pueden usar para garantizar el
uso continuo de la estructura para movimientos de tierra moderados y, en algunos
casos, severos, y también para evitar el colapso durante movimientos de tierra
severos (ver Anexo M).
6.7 Cimientos
El tipo de base debe seleccionarse cuidadosamente de acuerdo con el tipo de
estructura y las condiciones locales del suelo, p. perfil del suelo, irregularidad del
subsuelo, nivel del agua subterránea. Tanto las fuerzas como las deformaciones
transferidas a través de los cimientos deben evaluarse adecuadamente teniendo en
cuenta las tensiones inducidas a los suelos durante los movimientos de tierra del
terremoto, así como las interacciones cinemáticas e inerciales entre los suelos y los
cimientos.
7 Principios de evaluación de acciones sísmicas
7.1 Acciones variables y accidentales
Las acciones sísmicas deben tomarse como acciones variables o acciones
accidentales.
Las estructuras deben verificarse contra los valores de diseño de las acciones
sísmicas para ULS y SLS.
Se pueden considerar acciones sísmicas accidentales para estructuras en regiones
donde la actividad sísmica es baja para garantizar la integridad estructural.
13
NOTA: La verificación para el SLS puede omitirse siempre que se cumpla con la
verificación para el ULS. La verificación del SLS también se puede omitir en
regiones de baja sismicidad, donde las acciones de SLS son bajas, y para
estructuras rígidas (por ejemplo, edificios de muros de corte) que están diseñadas
para permanecer casi elásticas bajo las acciones de ULS.
7.2 Análisis estáticos dinámicos y equivalentes
El análisis sísmico de estructuras debe realizarse mediante análisis dinámico o
mediante análisis estático equivalente. En ambos casos, las propiedades dinámicas
de la estructura deben tenerse en cuenta.
Cuando se realiza un análisis no lineal, la secuencia de comportamientos no lineales
de la estructura, incluida la formación del mecanismo de colapso, debe determinarse
cuando se anticipa un comportamiento no lineal para movimientos de tierra de
terremotos severos.
NOTA: El análisis estático no lineal se puede utilizar para determinar los
mecanismos de colapso (ver Anexo H y Anexo I).
7.2.1 Análisis estático equivalente
Las estructuras ordinarias y regulares pueden diseñarse mediante el método
estático equivalente utilizando el análisis elástico lineal convencional.
7.2.2 Análisis dinámico
Se debe realizar un análisis dinámico para estructuras cuya respuesta sísmica
puede no predecirse con precisión mediante un análisis estático equivalente. Los
ejemplos incluyen aquellas estructuras con irregularidades de geometría,
distribución de masa o distribución de rigidez, o estructuras muy altas en sitios con
alto riesgo sísmico (ver Anexo K). También se recomienda un análisis dinámico para
estructuras con sistemas estructurales innovadores [p. sistemas de control de
respuesta (ver 6.6)], estructuras hechas de nuevos materiales, estructuras
construidas en condiciones especiales del suelo y estructuras de especial
importancia. El análisis dinámico se clasifica como a) el análisis del espectro de
14
respuesta, b) el análisis del historial de respuesta lineal o c) el análisis del historial
de respuesta no lineal (ver Anexo H).
7.2.3 Análisis estático no lineal
Las estructuras donde la secuencia de comportamiento no lineal es difícil de
predecir deberían utilizar un análisis estático no lineal para determinar la secuencia
(ver Anexo I).
7.3 Criterios para la determinación de acciones sísmicas
Las acciones sísmicas de diseño deben determinarse con base en las siguientes
consideraciones.
7.3.1 Sismicidad de la región
La sismicidad de la región donde se va a construir una estructura generalmente se
indica mediante el mapeo de un parámetro de zonificación sísmica [valores pico de
movimiento de tierra o valores de diseño de respuesta espectral de movimiento de
tierra], que deben basarse en la historia sísmica o en datos sismológicos de la región
(incluyendo fallas activas), o en una combinación de datos históricos y sismológicos.
Además, los valores esperados de la intensidad máxima del movimiento de tierra
del terremoto en la región en un período de tiempo futuro determinado deben
determinarse en función de la sismicidad regional.
NOTA: Existen muchos tipos de parámetros que se pueden usar para caracterizar
la intensidad del movimiento del terremoto. Estas son escalas de intensidad sísmica,
aceleración y velocidad máxima del terreno, aceleración y velocidad máxima
efectiva del terreno, parámetros de respuesta espectral que están relacionados con
espectros de respuesta suavizados, energía de entrada, etc. A menudo, estos
parámetros se determinan mediante un análisis probabilístico de riesgo sísmico
para dar peligro uniforme para una gama de períodos naturales de vibración. En
algunos casos, el análisis de peligro se extiende para abarcar la variación en el nivel
de peligro con el nivel de probabilidad e integrar esa variación con la fragilidad
estructural para alcanzar una confiabilidad consistente contra el colapso.
15
7.3.2 Condiciones del sitio
Se deben investigar las propiedades dinámicas de las capas de suelo de soporte de
la estructura y se debe considerar el efecto sobre el movimiento del suelo en el sitio.
Las condiciones geográficas y geológicas y la influencia de la estructura profunda
del subsuelo (efectos de cuenca) también deben tenerse en cuenta.
El movimiento del suelo en un sitio particular durante los terremotos tiene un período
predominante de vibración que, en general, es más corto en terreno firme y más
largo en terreno blando. Se debe prestar atención a la posibilidad de amplificación
local de los movimientos de tierra del terremoto, que puede ocurrir (entre otros) en
presencia de suelos blandos y cerca del borde de las cuencas aluviales. También
se debe considerar la posibilidad de licuefacción, particularmente en suelos
saturados, sueltos, sin cohesión.
NOTA: Las propiedades de los movimientos de tierra del terremoto, incluida la
intensidad, el contenido de frecuencia y la duración del movimiento, son
características importantes en lo que respecta a la destrucción de los terremotos.
Además, las estructuras construidas en terrenos blandos a menudo sufren daños
debido a asentamientos desiguales o grandes durante los terremotos si no se
construyen sobre cimientos profundos.
7.3.3 Propiedades dinámicas de la estructura
Las propiedades dinámicas, como los períodos y los modos de vibración y
amortiguación, deben considerarse para el sistema general de estructura del suelo.
Las propiedades dinámicas dependen de la forma de la estructura, la distribución
de masa, la distribución de la rigidez, las propiedades del suelo y el tipo de
construcción.
El comportamiento no lineal de los elementos estructurales también debe tenerse
en cuenta (véase 8.1.1). Se debe considerar un valor mayor de la fuerza de diseño
sísmico para una estructura que tiene menos capacidad de ductilidad o para una
estructura donde la falla de un elemento estructural puede conducir al colapso
estructural completo.
16
7.3.4 Consecuencia del fracaso de la estructura
Deben tenerse en cuenta las consecuencias de posibles fallas, así como los gastos
y esfuerzos necesarios para reducir el riesgo de esas fallas. Al considerarlos y
minimizar el riesgo, el diseño con un mayor nivel de confiabilidad es apropiado para
edificios donde se reúne un gran número de personas, o estructuras que son
esenciales para el bienestar público durante y después de los terremotos, como
hospitales,
centrales eléctricas, estaciones de bomberos, estaciones de
radiodifusión e instalaciones de suministro de agua (ver Anexo A). Para edificios de
gran altura, consulte también el Anexo K. Por razones económicas nacionales y
políticas, se puede requerir un mayor nivel de confiabilidad en áreas urbanas con
un alto potencial de daños y una alta concentración de inversión de capital.
NOTA: Los factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura 𝛾𝐸, 𝑢
y 𝛾𝐸, 𝑠 (ver 8.1) generalmente aumentan cuando la clase consecuente es alta (ver
Anexo A). Para el análisis del historial de respuestas, los movimientos de tierra de
entrada se amplifican o se usan criterios de aceptación más estrictos, consistentes
con el aumento de la confiabilidad deseada.
7.3.5 Variación espacial del movimiento de tierra del terremoto
Usualmente, el movimiento relativo entre diferentes puntos del suelo puede ser
ignorado. Sin embargo, en el caso de estructuras de largo alcance o muy
extendidas, esta acción y el efecto de una onda viajera que puede venir con un
retraso de fase deben tenerse en cuenta. También se debe considerar la variación
espacial de las olas debido a las diferencias de la condición del suelo y la estructura
geológica del subsuelo.
8 Evaluación de acciones sísmicas por análisis estático equivalente
8.1 Cargas estáticas equivalentes
En el análisis sísmico de estructuras basadas en un método que utiliza cargas
estáticas equivalentes, las acciones sísmicas variables para ULS y SLS pueden
evaluarse de la siguiente manera.
17
8.1.1 ULS
La fuerza sísmica lateral de diseño del i-ésimo nivel de una estructura para ULS,
𝐹𝐸,𝑈,𝑖 , puede determinarse mediante:
𝑛
𝐹𝐸,𝑈,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑢 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗
𝑗=1
o la cizalla sísmica lateral de diseño para ULS, 𝑉𝐸,𝑈,𝑖 , puede usarse en lugar de la
fuerza sísmica anterior:
𝑛
𝑉𝐸,𝑈,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑢 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝑉,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗
𝑗=1
𝛾𝐸, 𝑢 es el factor de carga en relación con la confiabilidad de la estructura para ULS
(ver Anexo A);
𝐾𝑍 es el factor de zonificación de riesgo sísmico que se especificará en el código
nacional u otros documentos nacionales (ver Anexo A);
𝐾𝐸,𝑢
es el valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del
terremoto para ULS que se especificará en el código nacional u otros documentos
nacionales al considerar la sismicidad (ver Anexo A);
𝐾𝑠
es la relación de la intensidad del movimiento del suelo del terremoto
considerando el efecto de las condiciones del suelo con respecto a la intensidad del
movimiento del suelo del terremoto para la condición del sitio de referencia (ver
Anexo A);
𝐾𝐷 es el factor de diseño estructural que se especificará para varios sistemas
estructurales de acuerdo con su ductilidad, deformación aceptable, características
de fuerza de restauración y sobretensión (ver Anexo D);
𝐾𝑅 es la ordenada del espectro de respuesta de diseño normalizado, en función del
período natural fundamental de la estructura considerando el efecto de las
condiciones del suelo (ver Anexo B) y la propiedad de amortiguación de la estructura
(ver Anexo G);
18
𝐾𝐹,𝑖 es el factor de distribución de la fuerza sísmica del i-ésimo nivel para distribuir
la cizalladura de la base sísmica a cada nivel, que caracteriza la distribución de las
fuerzas sísmicas en elevación, donde 𝐾𝐹,𝑖 , satisface la condición ∑ 𝐾𝐹,𝑖 = 1 (ver
Anexo C);
𝐾𝑉,𝑖 es el factor de distribución de cizallamiento sísmico del nivel i, que es la relación
del factor de cizallamiento sísmico del nivel i al factor de cizallamiento sísmico de la
base, y caracteriza la distribución de cizallas sísmicas en elevación, donde 𝐾𝑉,𝑖 = 1
en la base y generalmente se hace más grande en la parte superior (ver Anexo C);
𝐹𝐺,𝑗 es la carga de gravedad en el i-ésimo nivel de la estructura;
n es el número de niveles por encima de la base.
8.1.2 SLS
El diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para SLS, 𝐹𝐸,𝑠,𝑖 ,
puede determinarse por
𝑛
𝐹𝐸,𝑆,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑆 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑆 𝐾𝑠 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗
𝑗=1
o la cizalla sísmica lateral de diseño para SLS, 𝑉𝐸,𝑆,𝑖 , puede usarse en lugar de la
fuerza sísmica anterior:
𝑛
𝑉𝐸,𝑆,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑆 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑆 𝐾𝑠 𝐾𝑅 𝐾𝑉,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗
𝑗=1
𝛾𝐸, 𝑆 es el factor de carga en relación con la confiabilidad de la estructura para SLS
(ver Anexo A);
𝐾𝐸,𝑆
es el valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del
terremoto para SLS que se especificará en el código nacional u otros documentos
nacionales al considerar la sismicidad (ver Anexo A);
𝐾𝐸,𝑈 𝑦 𝐾𝐸,𝑆
puede ser reemplazado por un representante único 𝐾𝐸 , como se
especifica en ISO 2394, en el procedimiento de verificación, por el cual la
19
confiabilidad de la estructura y las consecuencias de la falla, incluida la importancia
del tipo de falla, se tienen en cuenta para especificar la carga factores 𝛾𝐸, 𝑈 y 𝛾𝐸, 𝑆
(ver Tabla A.3).
Los valores de la carga por gravedad deben ser iguales a la carga permanente total
más una carga impuesta variable probable (ver Anexo C). En áreas nevadas,
también se debe considerar una probable carga de nieve.
NOTA: Dependiendo de la definición de las acciones sísmicas como variables o
accidentales, los valores para la combinación de acciones sísmicas y otras acciones
pueden ser diferentes. Para la combinación de acciones, ver ISO 2394.
8.2 Efectos de acción sísmica dentro del sistema de resistencia sísmica
Deben considerarse los dos componentes horizontales y verticales del movimiento
de tierra del terremoto y su variación espacial, que conducen a la excitación torsional
de las estructuras (ver Anexo F).
Los efectos torsionales de las acciones sísmicas deben, en general, tenerse en
cuenta con la debida consideración de las siguientes cantidades: excentricidad
entre los centros de masa y rigidez; el aumento dinámico causado principalmente
por el acoplamiento entre las vibraciones traslacionales y torsionales; efectos de
excentricidades en otros pisos; inexactitud de la excentricidad calculada; y
componentes rotacionales de movimientos de tierra de terremotos.
El modelado de la estructura debe incluir una rigidez realista de los elementos
estructurales (incluido el agrietamiento donde sea pertinente, especialmente en
ULS). Cuando la rigidez de los sistemas de diafragma horizontal que conectan los
marcos que resisten las fuerzas sísmicas horizontales es muy baja y la transferencia
de fuerzas horizontales entre las líneas horizontales de resistencia sísmica es
insignificante, cada línea de resistencia puede analizarse independientemente con
una masa efectiva en su área tributaria. de constituir y analizar un modelo
tridimensional de la estructura total (supuesto de diafragma flexible).
NOTA 1: Las acciones sísmicas en cualquier dirección no siempre alcanzan sus
máximos al mismo tiempo.
20
NOTA 2: La componente vertical del movimiento de tierra del terremoto se
caracteriza por frecuencias más altas que la componente horizontal. La aceleración
vertical máxima suele ser menor que la aceleración horizontal máxima; sin embargo,
en la vecindad de la falla, el pico vertical puede ser más alto que el horizontal, sin
embargo, en la vecindad de la falla, el pico vertical puede ser más alto que el
horizontal.
En varias formas estructurales, la magnitud de la respuesta estructural de la
vibración torsional puede ser comparable o mayor que la de la vibración traslacional.
Para estructuras altamente irregulares, se recomiendan análisis dinámicos no
lineales bidimensionales.
NOTA 3: Las columnas de las estructuras de las esquinas están sujetas a grandes
acciones sísmicas debido a los efectos combinados de la respuesta torsional
combinada con la respuesta traslacional de los dos componentes horizontales de
los movimientos.
8.3 Acciones sísmicas en partes de estructuras
Cuando las acciones sísmicas para las partes de la estructura se evalúan mediante
un análisis estático equivalente, se deben usar factores apropiados para las fuerzas
sísmicas o cizallas, teniendo en cuenta los efectos de modo más altos de la
estructura, incluidas las partes (ver Anexo C). Las acciones sísmicas más grandes
que las dadas en 8.1 pueden actuar sobre partes de estructuras tales como
parapetos en
voladizo,
estructuras
que
se
proyectan
desde
el
techo,
ornamentaciones y apéndices. Además, los muros cortina, los paneles de relleno y
las particiones adyacentes a las vías de salida o frente a las calles deben diseñarse
con seguridad utilizando los valores apropiados de las acciones sísmicas de
acuerdo con los requisitos de la norma ISO 13033.
9 Evaluación de acciones sísmicas por análisis dinámico
9.1 General
Al realizar un análisis dinámico, es importante tener en cuenta los siguientes
elementos (ver Anexo H).
21
a. Se debe configurar un modelo apropiado, que pueda representar las
propiedades dinámicas de la estructura real.
b. Deben establecerse movimientos de tierra apropiados para el terremoto o
espectros de respuesta de diseño, teniendo en cuenta la sismicidad y las
condiciones del sitio.
9.2 Procedimientos de análisis dinámico
Los procedimientos habituales de análisis dinámico pueden clasificarse como
a. El análisis del espectro de respuesta para sistemas lineales o equivalentes,
b. El análisis del historial de respuestas para sistemas lineales o no lineales.
9.3 Análisis de espectro de respuesta
Un espectro de respuesta de diseño debe definirse como la entrada para realizar un
análisis de espectro de respuesta. Este espectro puede ser a) un espectro de
respuesta de código especificado para el sitio o b) un espectro de respuesta de
diseño específico del sitio desarrollado considerando la relación de amortiguación
adecuada (ver Anexo G). El espectro de respuesta de diseño debe suavizarse.
En el análisis del espectro de respuesta, la respuesta dinámica máxima
generalmente se obtiene mediante combinaciones estadísticas, teniendo en cuenta
los modos de vibración predominantes (ver Anexo H). Se debe considerar un
número suficiente de modos.
NOTA 1: Por lo general, una gran cantidad de deformación post-elástica y los
efectos de la duración de las acciones sísmicas no pueden considerarse en el
análisis del espectro de respuesta.
NOTA 2: CQC o SRSS pueden evaluar los efectos de modo superior en un sistema
lineal equivalente (ver Anexo H).
9.4 Análisis del historial de respuestas y movimientos de tierra del terremoto
Se requiere un conjunto de movimientos de tierra por terremoto como entrada para
realizar un análisis del historial de respuestas. Estos movimientos son movimientos
terrestres de terremotos grabados y/o simulados que se seleccionan y escalan para
22
que coincidan generalmente con el espectro de respuesta de diseño para el sitio.
Para ambos tipos de movimientos de tierra, se debe tener en cuenta la naturaleza
estocástica de los movimientos de tierra del terremoto.
Se deben determinar los movimientos de tierra apropiados para los terremotos para
cada estado límite, teniendo en cuenta la sismicidad, las condiciones locales del
suelo, el período de recurrencia de terremotos pasados, la distancia a fallas activas,
las características de origen de posibles terremotos, la incertidumbre en la
predicción, la vida útil de diseño de la estructura. y consecuencia del fallo de la
estructura.
Para ese propósito, el movimiento del suelo de referencia, que es independiente de
las características de las estructuras, debe evaluarse utilizando movimientos del
suelo simulados o grabados como el movimiento del suelo en la superficie libre del
suelo, en el lecho rocoso o en una profundidad equivalente del lecho rocoso. Luego,
la acción sísmica debe evaluarse a partir del movimiento del suelo de referencia,
considerando el efecto de varios factores, como el comportamiento dinámico de las
estructuras y la interacción suelo-estructura.
9.4.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados
Cuando se consideran movimientos de tierra de terremotos registrados en un
análisis dinámico, se puede hacer referencia a los siguientes registros:
-
fuertes movimientos de tierra causados por terremotos registrados en o cerca
del sitio;
-
fuertes movimientos de tierra causados por terremotos registrados en otros
sitios con similares características geológicas, topográficas y características
sismológicas
Los movimientos de tierra registrados del terremoto deben escalarse de acuerdo
con el estado límite correspondiente, sismicidad del sitio, y características dinámicas
lineales y no lineales de la estructura.
23
9.4.2 Movimientos terrestres de terremotos simulados
Dado que es imposible predecir exactamente los movimientos de tierra del
terremoto que se espera en un sitio en el futuro, puede ser apropiado usar
movimientos de tierra de terremotos simulados como entradas sísmicas de diseño.
Los parámetros de los movimientos de tierra simulados del terremoto, así como el
número de entradas de diseño deben reflejar estadísticamente los datos geológicos
y sismológicos disponibles para el sitio de construcción. Los movimientos de tierra
simulados pueden obtenerse mediante técnicas de la siguiente manera:
-
técnicas de correspondencia espectral;
-
simulaciones de ruptura de fallas basadas en escenarios de terremotos;
-
representaciones estocásticas, p. ruido blanco.
Los movimientos de tierra simulados del terremoto deben establecerse de acuerdo
con el estado límite correspondiente, la sismicidad del sitio y las características
dinámicas lineales y no lineales de la estructura.
NOTA 1 Los parámetros de los movimientos de tierra simulados del terremoto son
períodos predominantes, configuración espectral, duración de tiempo (envoltura de
tiempo de los movimientos simulados), intensidad, cantidad de energía que ingresa
a la estructura, etc.
NOTA 2 Los escenarios de terremotos se basan en la información de placas
tectónicas, parámetros de fallas sísmicas, distribución de deslizamiento, etc.
NOTA 3 Los componentes de movimientos de tierra simulados incluyen efectos de
coherencia.
NOTA 4 En términos de clasificación del movimiento de tierra como entradas
sísmicas de diseño, los movimientos de tierra simulados de terremoto que se
generan para que coincidan con los espectros de respuesta elástica se pueden
llamar movimiento de tierra artificial de terremoto.
24
9.5 Modelo de la estructura
El modelo analítico de la estructura debe representar las características dinámicas
de la estructura real, como los períodos naturales y los modos de vibración, las
propiedades de amortiguación y las características de la fuerza de restauración,
teniendo en cuenta la ductilidad del material y la ductilidad estructural. Las
características dinámicas se pueden estimar a través de procedimientos analíticos
y / o resultados experimentales. Se debe considerar lo siguiente:
a) la masa debe incluir la masa de construcción permanente y una porción
apropiada de las cargas impuestas;
b) efectos de acoplamiento de la estructura con sus cimientos y terreno de
soporte;
c) amortiguación en modos fundamentales y superiores de vibración (ver Anexo
G);
d) restaurar las características de fuerza de los elementos estructurales en
rangos lineales y no lineales, incluidas las propiedades de ductilidad y el
efecto de grietas en la construcción de concreto y mampostería;
e) efectos de elementos no estructurales sobre el comportamiento de la
estructura;
f) efectos de la torsión en rangos lineales y no lineales;
g) efectos de la deformación axial de columnas y otros elementos verticales, o
deformación general de flexión de la estructura;
h) efectos de la distribución irregular de la rigidez lateral en la elevación (por
ejemplo, cambio brusco de rigidez en plantas particulares);
i) efectos de la rigidez del diafragma del piso, incluyendo grietas cuando sea
apropiado.
Cuando se considera la interacción suelo-estructura, se recomienda establecer el
modelo que incluya la estructura, los cimientos y el suelo.
9.6 Evaluación de resultados analíticos
Cuando se lleva a cabo un análisis dinámico, la evaluación de acciones sísmicas y
/ o efectos de acción puede ser posible únicamente en función de los resultados del
25
análisis dinámico. Sin embargo, la evaluación de las acciones sísmicas por análisis
estático equivalente también proporciona información útil.
Por lo tanto, se recomienda que la cizalla base obtenida del análisis dinámico se
compare con la cizalla base del análisis estático equivalente, y la cizalla base de
diseño debe tener algunos límites como porcentaje del cizallamiento base del
análisis estático equivalente en caso de que el análisis dinámico da una base más
baja.
10 Análisis estático no lineal
En el análisis estático no lineal, una estructura está sujeta a fuerzas laterales que
aumentan hasta que la estructura puede colapsar. Las fuerzas representan las
fuerzas sísmicas inducidas por los movimientos de tierra del terremoto, donde la
configuración de las fuerzas puede ser proporcional a las fuerzas sísmicas de
diseño o fuerzas causadas por el modo fundamental de la estructura. Las fuerzas
sísmicas se aplican de forma incremental como cargas estáticas hasta que se
encuentra un estado no lineal en un miembro o conexión modelado. Las
propiedades de miembro / conexión se ajustan para tener en cuenta la no linealidad
encontrada y luego se aplican fuerzas incrementales adicionales. El proceso
continúa hasta que el modelo estructural alcanza la inestabilidad analítica (es decir,
el colapso) o se logra un desplazamiento estructural global objetivo. El análisis se
conoce como "análisis de empuje" y proporciona información sobre la capacidad no
lineal, la deformación, la secuencia de formación de bisagras de plástico, el
mecanismo de falla de la estructura, etc.
Las curvas de cizalla vs. deflexión obtenidas se pueden convertir en una curva única
para el grado de libertad único equivalente (SDOF) de la estructura. La curva que
traza la cizalladura contra la deflexión para el SDOF equivalente se llama espectro
de capacidad y se puede comparar con el espectro de demanda (espectro Sa - Sd)
para verificar el rendimiento sísmico de la estructura (ver Anexo I).
26
11 Estimación de las influencias para sísmicas
Este documento puede usarse como un enfoque introductorio para las influencias
para sísmicas cuyas características son similares a los terremotos, p. explosiones
subterráneas, vibración del tráfico, conducción de pilotes y otras actividades
humanas. Algunas observaciones de asesoramiento se presentan en el Anexo P.
Anexo A
(informativo)
Factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura, el factor
de zonificación de riesgo sísmico y los valores representativos de la
intensidad del movimiento de tierra del terremoto
A.1 Factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura, γE,u
y γE,s
A.1.1 General
γE, u y γE, s son los factores de carga (a veces llamados factores de importancia)
para ULS y SLS, respectivamente. Son factores parciales para la acción de acuerdo
con el formato de factor parcial en ISO 2394 y se pueden determinar por medio de
la teoría de confiabilidad. Los factores dependen del valor representativo de la
intensidad del movimiento de tierra del terremoto y se determinan para el estado
límite correspondiente considerando:
a) el grado requerido de fiabilidad,
b) la variabilidad de las acciones sísmicas,
c) la incertidumbre asociada con la idealización de las acciones y estructuras
sísmicas.
A.1.2 Grado de fiabilidad requerido
El grado de fiabilidad requerido depende principalmente de la consecuencia de
posibles fallas. La clase de consecuencia debe determinarse desde el punto de vista
de posibles consecuencias de fallas durante y / o después de terremotos en
términos de, p. pérdida de vidas, lesiones humanas, posibles pérdidas económicas,
inconvenientes sociales e impacto ambiental. El alcance y la magnitud de la
27
consecuencia pueden depender del contexto de los proyectos y diferir desde
diferentes perspectivas. Por lo tanto, estos deben determinarse cuidadosamente
considerando las consecuencias para todas las partes interesadas relevantes, como
los propietarios, proveedores y usuarios.
Para ULS, donde los requisitos de diseño corresponden al riesgo de vida durante y
después de movimientos de tierra de terremotos severos, γE, u debe determinarse
de acuerdo con las siguientes categorías de estructuras.
a) Clase de alta consecuencia:
- estructuras que contienen grandes cantidades de materiales peligrosos cuya
liberación al público puede dar lugar a graves consecuencias, p. tanques de
almacenamiento de materiales químicos;
- estructuras estrechamente relacionadas con la seguridad de la vida del público, p.
hospitales, estaciones de bomberos, estaciones de
policía,
centros de
comunicación, centros de control de emergencias, instalaciones principales en
sistemas de suministro de agua, sistemas de suministro de energía eléctrica y líneas
de transmisión de gas, carreteras principales y ferrocarriles;
- estructuras con alta ocupación, p. escuelas, salones de actos, instituciones
culturales, teatros.
b) Clase de consecuencia normal:
- estructuras ordinarias, p. casas y apartamentos residenciales, edificios de oficinas;
c) Clase de baja consecuencia:
- estructuras con bajo riesgo para la vida humana y lesiones, p. cobertizos para
ganado o plantas.
Para SLS, donde los requisitos de diseño corresponden a la pérdida del uso normal
de la estructura durante y / o después de movimientos moderados del terremoto, los
γE,s deben determinarse de acuerdo con la pérdida del uso esperado y el costo y
la interrupción debido a la reparación.
A.1.3 Variabilidad de las acciones sísmicas e incertidumbre asociada con la
idealización de las acciones y estructuras sísmicas.
28
Debido a la variabilidad de las acciones sísmicas, se deben determinar γE, u y γE,
teniendo en cuenta la naturaleza estocástica de las acciones sísmicas. La
variabilidad proviene de varias fuentes, p. actividad sísmica en el sitio, trayectoria
de propagación de ondas sísmicas, amplificación local del movimiento de tierra por
terremoto debido a suelos y respuesta estructural. Deben tenerse en cuenta las
incertidumbres asociadas con la idealización de las acciones sísmicas y los modelos
de cálculo de la estructura.
A.2 Factor de zonificación de riesgo sísmico, kZ
El factor de zonificación de riesgo sísmico, kZ, refleja el riesgo sísmico relativo de
la región. Este factor se evalúa teniendo en cuenta los datos históricos de
terremotos, datos de fallas activas y otros datos sismo tectónicos en y alrededor del
sitio de construcción. Por lo general, en la región del mayor riesgo sísmico, el factor
es la unidad y el factor disminuye de acuerdo con el riesgo sísmico de la región
respectiva. Se puede utilizar un factor de zonificación mayor que la unidad cuando
el riesgo sísmico de la región es extremadamente alto. Se puede proporcionar un
mapa de contorno para el valor representativo de la intensidad del movimiento de
tierra del terremoto en lugar de especificar los factores de zonificación. El factor, kZ,
generalmente se determina para una condición de sitio de roca.
En aplicaciones prácticas, se puede especificar un conjunto de valores discretos
basados en los mapas de riesgo sísmico disponibles. En general, estos mapas no
reflejan modificaciones causadas por los efectos del perfil del suelo en un sitio
específico o las influencias de fallas cercanas. Por lo tanto, para un sitio específico,
kZ debe multiplicarse por un factor adicional kR, que se determina en función del
perfil del suelo, el valor mapeado de kZ, la magnitud del terremoto de la fuente
sísmica dominante y la distancia a las fallas activas cercanas (ver Anexo B).
NOTA Desde la perspectiva de la creación de código, existe una libertad de elección
con respecto a la forma en que se consideran las influencias relevantes en el efecto
de acción sísmica al utilizar kZ y kR. Por ejemplo, se puede adoptar un solo factor
(en lugar de dos factores kR y kZ en la formulación anterior) para representar todas
las influencias relevantes.
29
A.3 Valores representativos de la intensidad del movimiento de tierra del
terremoto, kE,u y kE,s
Los valores representativos kE, u y kE, s se describen generalmente en términos de
aceleración horizontal máxima del suelo como una relación con la aceleración
debida a la gravedad. Si se da la velocidad máxima del terreno u otras ordenadas
espectrales, esos valores deben transformarse en la aceleración.
También se puede utilizar un mapa de riesgo sísmico que expresa la aceleración
horizontal esperada como una relación con la aceleración debida a la gravedad kZ
kE, u o kZ kE, s de la región respectiva en lugar de dar kZ y kE, u y kE, s por
separado.
A.4 Información de referencia para la determinación de los factores γE,u, γE,s,
kZ, kE,u, kE,s y kS
Los resultados obtenidos por el análisis de riesgo sísmico se usan como información
de referencia para la determinación de los factores γE,u, γE,s, kZ, kE,u y kE,s (ver
A.1, A.2, A.3) también en cuanto a la determinación de los movimientos de diseño
del terreno. El análisis de riesgo sísmico debe realizarse teniendo en cuenta los
últimos hallazgos en sismología de la siguiente manera:
- sismicidad regional (fallas activas, sismicidad difusa, etc.);
- características de la ruta de propagación desde el origen hasta el sitio;
- amplificación debido a la estructura profunda del subsuelo;
- amplificación debido a suelos poco profundos;
- incertidumbre epistémica (incertidumbre del modelo) en la sismicidad prevista y en
el movimiento del suelo.
NOTA Los efectos de la amplificación del movimiento del suelo debido a la
estructura del subsuelo y al suelo poco profundo generalmente se consideran en el
factor kR (ver Anexo B).
El factor kS generalmente se describe como la relación de la aceleración máxima
(generalmente en el sótano de la estructura) considerando el efecto de las
condiciones del suelo con respecto a la aceleración máxima del suelo para la
condición del sitio de referencia. Se puede modelar como la función de kZ kE, u o
30
kZ kE, s, así como la de la condición del suelo (por ejemplo, velocidad media de la
onda de corte de 30 m). Los valores de ejemplo de kS se tabulan en la Tabla A.1,
considerando las características no lineales de la amplificación del movimiento del
suelo. Por lo general, se supone que kS es constante y es la unidad para las
regiones de alta sismicidad.
Tabla A.1 - Valores de ejemplo de kS
kZ kE,u o kZ kE,s
Estado del suelo
<0,1
0,2
0,3
0,4
>0,5
Roca
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Suelo rígido
1,6
1,4
1,2
1,1
1,0
Suelo Suave
2,5
1,7
1,2
0,9
0,9
A.5 Ejemplos de factores de carga asociados con valores representativos
Los factores de carga γE, u y γE, sy las intensidades de movimiento de tierra del
terremoto kE, u y kE, s se determinan en función del período de referencia y la
probabilidad de excedencia en el período de referencia. Para una probabilidad dada
de excedencia en un período de referencia, un valor mayor de la intensidad del
movimiento de tierra del terremoto da como resultado un valor menor del factor de
carga y viceversa. γE, u y γE, s están, como ejemplos, listados en las Tablas A.2 y
A.3 para una región de riesgo sísmico relativamente alto, junto con los valores
representativos de la intensidad del movimiento del suelo sísmico kE, u y kE, s (ver
A.3). También se muestran los períodos de retorno para los valores representativos
correspondientes, donde el período de retorno se define como el intervalo de tiempo
esperado entre el cual se predice que ocurran eventos mayores que una cierta
magnitud.
Es común seleccionar un período de retorno de aproximadamente 500 años para el
ULS, aunque algunas naciones han definido intervalos más largos. En áreas donde
ocurren terremotos dañinos con frecuencia, el intervalo de retorno seleccionado
31
para el SLS generalmente no es más que la vida útil de la instalación, aunque en
algunas naciones, este intervalo de retorno varía con la clase de consecuencia de
la instalación. SLS puede tratarse implícitamente mediante la selección apropiada
de los criterios ULS. En áreas donde los terremotos dañinos son poco comunes, el
SLS puede ser ignorado. También es una práctica común colocar límites de juicio
sobre los valores de movimiento del suelo calculados a partir del análisis
probabilístico de riesgo sísmico. En muchas naciones, estos límites comienzan a
aplicarse cuando el parámetro de movimiento del suelo ULS excede una aceleración
máxima del suelo de 0,4 g. Otra forma de ver es tener el mismo período de retorno
con diferentes factores de carga para SLS y ULS.
En la Tabla A.2 se muestra un ejemplo que usa el factor de carga unitaria para la
clase normal de estructuras de consecuencia, donde kE, u o kE, s tienen en cuenta
el período de retorno para el estado límite correspondiente. En la Tabla A.3, se usa
un valor representativo común kE y γE, u o γE, s tiene en cuenta el nivel de
consecuencia para el estado límite correspondiente. En la Tabla A.2, el período de
retorno de 500 años se utiliza para el estado límite final. Un período de retorno más
largo (por ejemplo, 2 500 años) puede ser apropiado para el período de retorno en
lugar de 500 años, si el movimiento de tierra para el estado límite final se considera
como un movimiento de tierra colapsado. Al adoptar un período de retorno más largo
para el diseño, es más probable que los eventos de terremotos raros causados por
fallas activas se incluyan en el modelado de demanda sísmica, especialmente en
regiones de sismicidad baja o media. El período de retorno apropiado se evalúa en
función del examen del margen de seguridad de las estructuras diseñadas
convencionalmente.
Tabla A.2 - Ejemplo 1 para factores de carga γE,u y γE,s y valores
representativos kE,u y kE,s (donde kE,u ≠ kE,s, para suelos normales en áreas
sísmicas altas)
32
Estado
Clase de
Factores de carga
límite
consecuencia
γE,u o γE,s
a) Alto
Último
Utilidad
b) Normal
1,0
0,4 a 0,8
a) Alto
1,5 a 3,0
c) Bajo
Periodo de retorno
kE,s
para kE, u o kE, s
1,0
0,4
500 años
1,0
0,08
20 años
1,5 a 2,0
c) Bajo
b) Normal
kE,u o
kZ
1,0
0,4 a 0,8
Tabla A.3 - Ejemplo 2 para factores de carga γE, u y γE, sy valor representativo
k (para suelos normales en áreas sísmicas altas)
Estado
Clase de
Factores de carga
límite
consecuencia
γE,u o γE,s
d) Alto
Último
Utilidad
e) Normal
Periodo de retorno
= kE,s
para kE
0,2
1000 años
2,0
0,8 a 1,6
d) Alto
0,6 a 1,2
f) Bajo
kE = kE,u
3,0 a 4,0
f) Bajo
e) Normal
kZ
0,4
0,16 a 0,32
33
1,0
Anexo B
(informativo)
Espectro de respuesta de diseño normalizado
El espectro de respuesta de diseño normalizado puede interpretarse como un
espectro de respuesta de aceleración normalizado por la aceleración máxima en
tierra para fines de diseño.
Puede tener la forma de Fórmulas (B.1) a (B.4):
𝑇
𝑘𝑅 = 1 + (𝑘𝑅0 − 1) 𝑇
para 0 ≤ T < Ta
(B.1)
𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0
para Ta ≤ T < Tv
(B.2)
para Tv ≤ T < Td
(B.3)
para Td ≤ T
(B.4)
𝑎
𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0
𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0
𝑇𝑣
𝑇
𝑇𝑣 𝑇𝑑
𝑇2
Dónde
𝑘𝑅
es la ordenada del espectro de respuesta de aceleración normalizada por el
valor representativo de la aceleración del movimiento de tierra del terremoto;
𝑘𝑅0
es la relación entre la respuesta de aceleración máxima en un rango de
período corto y el valor representativo de la aceleración del movimiento de
tierra del terremoto;
T
es el período natural fundamental de la estructura;
Ta, Tv y Td son los períodos de esquina del espectro, como se ilustra en la Figura
B.1.
Las cantidades de kR0, Ta, Tv y Td dependen del perfil del suelo, las características
no lineales del suelo, la magnitud del terremoto de la fuente del terremoto dominante
y la distancia a las fallas activas cercanas, así como las características de la
estructura, p. La amortiguación de la estructura. Para una estructura con una
relación de amortiguamiento de 0,05 que descansa sobre el suelo de calidad
promedio, kR0 puede tomarse como 2 a 3.
34
Llave
Espectro de respuesta de aceleración kR normalizado por la aceleración máxima
del terreno para fines de diseño
Relación kR0 de la respuesta de aceleración máxima a la aceleración máxima del
terreno
T período natural fundamental de la estructura
Ta, Tv, Td períodos de esquina del espectro
kR de estructuras de corto plazo para diseño
límite inferior de kR para diseño en períodos largos
Figura B.1 - Espectro de respuesta de diseño normalizado
La fórmula (B.2) muestra que kR es constante para Ta ≤ T <Tv (rango constante de
aceleración). Para un movimiento sinusoidal, la amplitud de la velocidad se calcula
como la amplitud de la aceleración dividida por la frecuencia circular 𝜔 =
2𝜋
𝑇
.
Entonces, la fórmula (B.3) implica que la amplitud de la velocidad es constante para
Tv ≤ T <Td (rango constante de velocidad). Del mismo modo, la fórmula (B.4) implica
que la amplitud de desplazamiento es constante para Td ≤ T (rango constante de
35
desplazamiento). Por lo tanto, Ta, Tv y Td están estrechamente relacionados con la
respuesta de aceleración, velocidad y desplazamiento, respectivamente.
Ta puede tomarse como
1
5
𝑎
1
2
de Tv y Tv para movimientos horizontales puede
tomarse de la siguiente manera:
- 0,3 sa 0,5 s para suelos rígidos y duros;
- 0,5 sa 0,8 s para condiciones intermedias del suelo;
- 0,8 sa 1,2 s para suelos sueltos y blandos.
Al considerar el efecto del perfil del suelo, se debe considerar la estructura profunda
del subsuelo alrededor del sitio, así como la estructura superficial del suelo en el
sitio.
La figura B.1 indica que kR es la unidad en T = 0 y aumenta linealmente a kR0 en
T = Ta. Sin embargo, se recomienda usar kR = kR0 para 0 <T ≤ Ta, como la línea
de puntos horizontal de la Figura B.1, debido a las siguientes razones:
- incertidumbre de las características del movimiento del suelo en este rango;
- baja sensibilidad de acelerómetros de movimiento fuerte en este rango, y por lo
tanto una posibilidad de un valor de kR más alto que el aparente;
- posibilidad de una estimación no conservativa del factor de diseño estructural kD
para estructuras de período corto.
Para determinar las fuerzas sísmicas en períodos más largos, se recomienda que
se considere un límite inferior como lo indica la línea discontinua horizontal en la
Figura B.1. El valor de este nivel puede tomarse como 1/3 a 1/5 de kR0. Durante
largos períodos, el desplazamiento de respuesta se convierte en una función del
desplazamiento máximo de los movimientos de tierra del terremoto. Existe
incertidumbre sobre el desplazamiento del suelo cerca de fallas en terremotos de
gran magnitud, por lo tanto, la extrapolación de datos de terremotos más pequeños
debe hacerse con cuidado.
36
El período natural fundamental T de la estructura puede calcularse a partir de
fórmulas empíricas calibradas, de la aproximación de Rayleigh o de una formulación
de valor propio. Para la estimación de T, debe tenerse en cuenta la reducción de la
rigidez de los elementos de hormigón debido al agrietamiento.
Anexo C
(informativo)
Parámetros de distribución de fuerza sísmica para análisis estático
equivalente
Las características generales de los parámetros de distribución de fuerza sísmica
por encima de la base para el análisis estático equivalente son las siguientes.
a) Para estructuras extremadamente rígidas, por ejemplo, con un período
inferior a 0,05 s, partes enteras desde la parte superior a la base se mueven
junto con el movimiento del suelo. Entonces, la distribución de las fuerzas
sísmicas es uniforme y las cizallas sísmicas aumentan linealmente desde la
parte superior a la base. Esto se denomina distribución uniforme de las
fuerzas sísmicas (véanse las líneas continuas de la figura C.1). En la Figura
C.1, el peso normalizado αi [ver Fórmula (C.5)] se usa como ordenada, en
lugar de altura.
b) Para edificios de poca altura, la distribución de las fuerzas sísmicas se vuelve
similar al triángulo invertido. Entonces se supone que la distribución de las
cizallas sísmicas es una parábola cuyo vértice se ubica en la base. Esto se
llama la distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas (ver las líneas
discontinuas de la Figura C.1).
c) Para edificios de gran altura, las fuerzas sísmicas en la parte superior se
hacen más grandes debido a un efecto de modo más alto. Si se supone que
la estructura es un cuerpo elástico de tipo cizalla uniforme fijado en la base y
que se somete a excitación de ruido blanco, la distribución de las cizallas
sísmicas se convierte en una parábola cuyo vértice se ubica en la parte
superior (vea las líneas punteadas de la Figura C.1 ) Esto puede llamarse la
distribución para la estructura de tipo de corte sometida a la excitación del
37
ruido blanco o simplemente "distribución √𝛼 ", porque la distribución de corte
es proporcional a √𝛼𝑖 .
Llave
𝛼𝑖 peso normalizado
𝑘𝑓,𝑖 factor de distribución de fuerza sísmica
kV, i factor de distribución de corte sísmico
Vi / V1 Cizalla sísmica normalizada
ν = 0 en la Fórmula (C.1), o k1 = 0, k2 = 0 en la Fórmula (C.4)
ν = 1 en la fórmula (C.1), o k1 = 1, k2 = 0 en la fórmula (C.4)
k1 = 0, k2 = 1 en la fórmula (C.4)
ν = 2 en la fórmula (C.1)
Figura C.1 - Parámetros de distribución de fuerza sísmica
Teniendo en cuenta las características mencionadas anteriormente de los
parámetros de distribución de fuerza sísmica, el factor de distribución de fuerza
sísmica, kF, i, puede determinarse por
𝐹𝐺,𝑖 ℎ𝑖𝑣
𝑘𝐹,𝑖 = ∑𝑛
𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗
(C.1)
ℎ𝑗𝑣
dónde
FG, i es la carga de gravedad de la estructura en el nivel i, que incluye la variable
probable impuesta
carga (0,2 a 0,3 de la carga total impuesta);
38
hi es la altura sobre la base hasta el i-ésimo nivel;
n es el número de niveles por encima de la base.
El exponente v puede tomarse de la siguiente manera (donde T es el período
fundamental de la estructura):
- ν = 0 a 1 para edificios de poca altura (edificios de hasta cinco pisos), o estructuras
para las cuales T ≤ 0,5 s;
- ν = 1 a 2 para edificios de media altura, o estructuras para las cuales 0,5 s <T ≤
1,5 s;
- ν = 2 para edificios de gran altura (más de 50 mo más de quince pisos), o
estructuras para las cuales T> 1,5 s.
Las distribuciones de los parámetros de fuerza sísmica dados por la Fórmula (C.1)
se muestran en la Figura C.1 como líneas continuas para ν = 0, como líneas
discontinuas para ν = 1 y como líneas punteadas para ν = 2.
La fórmula (C.1) no proporciona una distribución adecuada para edificios de gran
altura, incluso si ν = 2 (ver líneas discontinuas en la Figura C.1). Entonces el factor
de distribución de fuerza sísmica, kF, i, para edificios de gran altura puede
determinarse por
𝑘𝐹,𝑛 = 𝜌
(C.2)
𝐹𝐺,𝑖 ℎ𝑖
𝑘𝐹,𝑖 = (1 − 𝜌) ∑𝑛
𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗
(C.3)
ℎ𝑗
donde ρ es el factor para dar una fuerza concentrada en la parte superior;
aproximadamente ρ = 0,1.
Dado que las Fórmulas (C.2) y (C.3) no siempre dan una distribución apropiada y
una fuerza concentrada en la parte superior no es práctica para edificios con
retrocesos, es preferible usar otros tipos de distribución que puedan derivarse de la
siguiente manera.
Tres de los cuatro tipos de cizallamiento sísmico normalizado a la derecha de la
Figura C.1 se denotan como "a", "b" y "c" que corresponden a los elementos
anteriores a), b) y c), respectivamente. La cizalla sísmica normalizada Vi / V1 (cizalla
sísmica del i-ésimo nivel dividido por la cizalla base) se da de la siguiente manera:
39
a) Para la distribución uniforme de las fuerzas sísmicas (ver la línea continua "a" de
la Figura C.1),
Vi / V1 = 𝛼𝑖
b) Para la distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas (ver la línea
discontinua "b" de la Figura C.1),
Vi / V1 = 1 - (1 - αi) 2 = 2𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2
c) Para la distribución √𝛼𝑖 (ver la línea de puntos "c" de la Figura C.1),
Vi / V1 = √𝛼𝑖
La diferencia d1 entre “b” y “a” viene dada por d1 = 𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2 , y la diferencia d2 entre
“c” y “a” es d2 = √𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 . Por lo tanto, ajustando los factores k1 y k2, varios tipos de
la distribución de corte normalizada se pueden expresar de la siguiente manera:
Vi / V1 = 𝛼𝑖 + k1d1 + k2d2
= 𝛼i + k1 (𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2 ) + k2 (√𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 .)
Al dividir la fórmula anterior por αi se obtiene el factor de distribución de
cizallamiento sísmico kV,i, que es el factor de cizallamiento sísmico del i-ésimo nivel
normalizado por el factor de cizallamiento base, de la siguiente manera.
𝑘𝑣,𝑖 = 1 + 𝑘1 (1 −∝𝑖 ) + 𝑘2 (
1
√ ∝𝑖
− 1)
(C.4)
donde k1 y k2 son factores de 0 a 1 y están determinados principalmente por la
altura o el período natural fundamental de la estructura, y αi es el peso normalizado
dado por
∑𝑛
𝑗=𝑖 𝐹𝐺,𝑗
∝𝑖 = ∑𝑛
(C.5)
𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗
El peso normalizado ∝𝑖 se usa en lugar de la altura hi por encima de la base, porque
el peso normalizado es más conveniente y racional para expresar distribuciones de
parámetros de fuerza sísmica. Debido al uso de αi, se pueden comparar varios tipos
de parámetros de fuerza sísmica como en la Figura C.1.
En el caso de una estructura con distribución de masa uniforme, el peso
normalizado αi puede aproximarse por la altura hi utilizando la Fórmula (C.6):
40
𝛼𝑖 ≈
ℎ𝑛 − ℎ𝑖−1
ℎ𝑛
Las distribuciones de los parámetros de fuerza sísmica dados por la Fórmula (C.4)
se muestran como líneas continuas en la Figura C.1 para k1 = 0 y k2 = 0 (distribución
uniforme de las fuerzas sísmicas), como líneas discontinuas en la Figura C.1 para
k1 = 1 y k2 = 0 (distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas), y como
líneas punteadas en la Figura C.1 para k1 = 0 y k2 = 1 (distribución α).
Por lo tanto, los factores k1 y k2 pueden tomarse de la siguiente manera:
- k1 ≈ 1 y k2 ≈ 0 para edificios de baja altura o estructuras para las que T ≤ 0,5 s;
- k1 ≈ 0,5 y k2 ≈ 0,5 para edificios de media altura, o estructuras para las cuales 0,5
s <T ≤ 1,5 s;
- k1 ≈ 0 y k2 ≈ 1 para edificios de gran altura o estructuras para las cuales T> 1,5 s.
Por cierto, sustituyendo k1 = k2 = 2T / (1 + 3T), la Fórmula (C.4) se convierte como
se muestra en la Fórmula (C.7):
𝐾𝑣, 𝑖 = 1 + (
1
√𝛼𝑖
2𝑇
− 𝛼𝑖 ) 1+3𝑇
(C.7)
Esto se denota como Ai en el código sísmico japonés que se ha utilizado desde
1981.
Cuando se evalúan las acciones sísmicas para las partes de la estructura que se
proyectan desde el techo, la fórmula (C.4) puede calcular el factor de cizallamiento
sísmico asumiendo k1 ≈ 0 y k2 ≈ 1, y sustituyendo el peso normalizado de la parte.
Dado que la deformación causada por los movimientos de tierra del terremoto se
concentra en el nivel que tiene menos rigidez, kF, i o kV, j debe ajustarse para tener
en cuenta dicho comportamiento.
41
Anexo D
(informativo)
Factor de diseño estructural para análisis lineal
El factor de diseño estructural kD se utiliza para reducir las fuerzas sísmicas
calculadas para modelos elásticos lineales de base fija (análisis de espectro de
respuesta estática y modal equivalente) para tener en cuenta los efectos
beneficiosos del comportamiento inelástico anticipado y la interacción de la
estructura de la base, considerando las características de la fuerza restauradora de
la estructura. ductilidad, amortiguación y sobrecarga.
El factor se puede dividir en dos factores: a saber, kDμ y kDs y se expresa como el
producto de ellos como se indica en la Fórmula (D.1):
𝑘𝐷 = 𝑘𝐷𝜇 𝑘𝐷𝑠
(D.1)
dónde
kDμ está relacionado con la ductilidad, la interacción de la estructura de la base, las
características de la fuerza de restauración, incluida la amortiguación, y la cantidad
de daño considerado aceptable en el estado límite final;
kDs está relacionado con el exceso de fuerza.
El factor también se puede expresar como se indica en la Fórmula (D.2):
𝑘𝐷 = 𝑘𝐷𝜇 𝑘𝐷𝑠 =
1
1
=
𝑅 𝑅𝜇 𝑅𝑠
donde Rμ y Rs son la inversa de kDμ y kDs, respectivamente.
Estudios recientes indican que kDμ depende del período natural de vibración de la
estructura, con la posible reducción de la resistencia requerida que permanece
mínima para las estructuras que tienen períodos naturales fundamentales más
cortos. kDs es una función de la diferencia entre la resistencia real y la resistencia
de diseño calculada y varía según las características inherentes del sistema
estructural, los aspectos únicos del diseño de una estructura y el método de cálculo
de resistencia. La cuantificación de estos factores es un tema de debate, y se ha
42
adoptado un término genérico kD en la mayoría de los códigos. El factor de diseño
estructural kD con kDμ puede ser, por ejemplo, según los valores de la Tabla D.1.
Tabla D.1 - Ejemplo de factor de diseño estructural kD y kDμ
Sistema estructural con
kDμ
kD
Excelente ductilidad
1/5 a 1/3
1/12 a 1/6
Ductilidad media
1/3 a 1/2
1/6 a 1/3
Mala ductilidad
1/2 a 1
1/3 a 1
La diferencia entre kDμ y kD es causada principalmente por el exceso de fuerza. La
calibración de los valores de esta tabla muestra que kDs es de 1 a 2.
kD será mayor donde el estado límite apunta a un daño limitado en lugar de un
colapso cercano. Estos rangos de kD están bajo investigación continua (al igual que
los valores de kDμ y kDs) y pueden tomar otros valores en algunas circunstancias.
La ductilidad se define como la capacidad de deformarse más allá del límite elástico
bajo cargas cíclicas sin una reducción seria de la resistencia. El factor de ductilidad
(generalmente denotado por μ) se define como la deformación total dividida por la
deformación límite elástica.
Para alcanzar los niveles de ductilidad kDμ establecidos en la Tabla D.1, la
configuración de la estructura y todos los detalles utilizados son importantes. El
factor de ductilidad elegido debe ser coherente con el rendimiento inelástico
esperado de los materiales reales, detalles y configuración del sistema estructural.
Los niveles de deformación del material inelástico implicados por el factor de
ductilidad elegido y la configuración estructural deben poder alcanzarse de manera
confiable en el ULS. Se pueden prescribir requisitos de detalle adecuados en el
estándar de diseño de materiales que se usa junto con este documento.
43
Los sistemas estructurales dados a continuación con diferentes ductilidades son
solo ejemplos típicos. Cabe señalar que el detalle de los miembros y las juntas para
obtener la ductilidad adecuada es importante en la evaluación del factor de diseño
estructural. Por lo tanto, la estructura en una categoría podría clasificarse en otra
categoría dependiendo del detalle de los elementos estructurales (tantos miembros
como juntas).
a) Un sistema estructural con excelente ductilidad es un sistema estructural donde
la resistencia lateral es proporcionada por marcos de acero o concreto reforzado
que resisten el momento con detalles de conexión adecuados y detalles de
elementos estructurales para asegurar una respuesta no lineal confiable.
b) Un sistema estructural con ductilidad media es un sistema estructural donde la
resistencia lateral es proporcionada por marcos reforzados con acero o paredes de
corte de hormigón armado.
c) Un sistema estructural con ductilidad pobre es un sistema estructural donde la
resistencia lateral es proporcionada por paredes de corte de mampostería no
reforzadas o parcialmente reforzadas.
El término kD se ve afectado significativamente por el tipo de mecanismo de falla.
Los valores mostrados anteriormente se adoptan con la suposición de que la
estructura formaría el mecanismo de falla considerado en el diseño, y cuando la
estructura falla en un mecanismo diferente, se requeriría una mayor ductilidad de
alguna parte de la estructura. Se debe tener cuidado para garantizar que se
produzca el mecanismo de falla asignado en el diseño.
Los resultados de los análisis dinámicos no lineales de estructuras sometidas a
fuertes movimientos de terremoto indican que kDμ (o 1 / Rμ) es proporcional a 1 / μ
para estructuras de períodos más largos y 1 / 2μ - 1 para estructuras de períodos
cortos, donde μ es el factor de ductilidad. Por lo tanto, el desplazamiento lateral
máximo Δmax esperado en ULS puede estimarse mediante fórmulas simples de la
siguiente manera (ver Figura D.1):
44
∆𝑚𝑎𝑥 = ∆𝐷 = 𝑘
1
1
𝐷𝜇
∆𝑚𝑎𝑥 = ∆𝐸 = 2 (𝑘
∆𝑦 = 𝑅𝜇 ∆𝑦
1
𝐷𝜇
(D.3)
1
2
+ 1) ∆𝑦 = 2 (𝑅𝜇 2 + 1)∆𝑦
(D.4)
donde Δy es el desplazamiento lateral calculado por análisis lineal para las fuerzas
sísmicas laterales de diseño o fuerzas de corte definidas en la Fórmula (1) o (2) en
el texto principal.
Generalmente, la Fórmula (D.3) es aplicable a estructuras con un período natural
más largo (regla de constante de desplazamiento) y la Fórmula (D.4) es a
estructuras con un período natural más corto (regla de constante de energía). La
ductilidad acumulada (o la disipación de energía equivalente) exigida a la estructura
también es un factor que no debe pasarse por alto en el diseño ULS, porque la
estructura tiende a perder su resistencia bajo cargas cíclicas (dicho comportamiento
se denomina daño acumulativo). Se ha llevado a cabo mucha investigación para
cuantificar la demanda de ductilidad acumulada, y los procedimientos de diseño
para permitir esta demanda podrían proporcionarse en el futuro.
45
Llave
VN Cizalla normalizada
kD factor de diseño estructural
Factor de diseño estructural kDμ relacionado con la ductilidad
Δ desplazamiento lateral
Desplazamiento lateral Δy calculado por análisis lineal para el corte lateral de diseño
ΔD desplazamiento máximo por regla de desplazamiento constante
ΔE desplazamiento máximo por regla de energía constante
Cizalla real y curva de desplazamiento
× colapso de la estructura
Figura D.1 - Relación entre la cizalladura lateral y el desplazamiento para un
sistema elasto plástico idealizado
Anexo E
(Informativo)
Combinación de componentes de acción sísmica
E.1 Combinación de componentes horizontales.
Entre los tres componentes del movimiento del suelo, la combinación de los dos
componentes horizontales está muy extendida influye en las acciones sísmicas
totales en la estructura, por ejemplo:
a) momento torsional de la estructura con dos dimensiones indirectas excéntricas;
b) fuerzas axiales de las esquinas de las columnas.
A menos que se apliquen pautas ortogonales de movimiento del suelo de forma
inmune en respuesta a la historia histórica, la combinación de los dos componentes
horizontales de las acciones sísmicas debería considerarse. Cuando las dos
componentes horizontales de la acción sísmica se designan como Ex y Ey de
46
acuerdo con la ortogonal, ejes x-y, las direcciones de las cuales se deduce el diseño
de las estructuras, a veces el SRSS (raíz cuadrada de suma de cuadrados) se aplica
para obtener en la acción total de sismología, E. El método, sin embargo, a menudo
subestima la respuesta máxima. Para evitar este problema, se recomienda utilizar
la combinación cuadrática:
𝐸 = √(𝐸𝑥2 + 2𝜀𝐸𝑥 𝐸𝑦 + 𝐸𝑦2 )
(E-1)
Si el factor ε puede ser de −1 a 1 (ε = 0 significa el método SRSS), ε puede tomarse
como 0 a 0, 3.
La aproximación de primer orden de Formula (E .1) conduce a la formación de
fórmulas, que pueden utilizarse en lugar de:
𝐸 = 𝐸𝑥 +𝜆𝐸𝑦
𝐸 = 𝜆𝐸𝑥 +𝐸𝑦
(E-2)
El valor de λ puede tomarse como 0, 3 a 0, 5.
Las relaciones E / Ex en términos de Ey/Ex por Formula (E .1) y (E .2) se muestran
en la Figura E .1
Figura E .1 - Relaciones entre E / Ex en términos de Ey / Ex según las
fórmulas (E .1) y (E .2)
47
E.2 Componentes Verticales
El componente vertical, Ez, puede evaluarse utilizando Formula (E.3):
𝐸𝑧 = 𝑘𝐸,𝑣 𝑘𝑅,𝑧 𝐹𝐺,𝑒
(E-3)
Donde:
KE,V es la aceleración vertical del pico del suelo expresada por la relación a la
aceleración de la gravedad, que se puede tomar como 1/2 a 2/3 de la aceleración
horizontal máxima del terreno. Sin embargo, se recomienda tomar 1, 0 de la
aceleración horizontal máxima del suelo en caso de que el movimiento sea
causado por fallas cerca del sitio;
kR,z es la amplificación de respuesta, que puede tomarse como 2, 5;
FG,e es la carga de gravedad efectiva.
La componente vertical, si se combina con componentes horizontales, puede ser
modificado por el factor, λ, lo que se puede considerar como 0, 2 a 0, 4.
Se recomienda evaluar la componente vertical, empleando un análisis dinámico
más preciso en casos en los que los efectos del componente vertical son críticos
Tales casos incluyen, pero no están limitados a:
a) elementos horizontales estructurales con tramos claros muy largos y elementos
largos de palanca;
b) construcciones con altas fuerzas;
c) columnas de hormigón y cizalladuras sometidas a altas fuerzas de cizalladura,
especialmente en la construcción de interfaces;
d) aisladores de sistemas sísmicos de aislamiento sísmico.
48
Anexo F
(Informativo)
Momentos torsionales
El momento torsional del nivel i de la estructura, Mi, que generalmente se calcula
en cada dirección de los ejes x e y ortogonales de la estructura como se ilustra
esquemáticamente en la Figura F.1, puede determinarse por
𝑀𝑖 = 𝑉𝑖 𝑒𝑖
F.1
Donde Vi es la fuerza de corte sísmica del nivel i:
𝑉1 = ∑𝑛𝑗=1 𝐹𝑗
F.2
Dónde:
-Fj es la fuerza sísmica del nivel j;
-n es el número de niveles por encima de la base
-ei = es uno de los dos valores siguientes, el que sea el más favorable para los
elementos estructurales considerados
- La excentricidad entre los centros de masa y rigidez, multiplicada por un factor de
aumento dinámico que representa el acoplamiento de las vibraciones transversales
y torsionales, más la excentricidad incidental del nivel i;
- La excentricidad entre los centros de masa y rigidez, menos la excentricidad
incidental
49
1 muro de corte
2 columnas
G centro de masa
R centro de rigidez
ex, ey excentricidad
Figura F.1 - Centro de masa G, centro de rigidez R y excentricidad ex, ey
Para análisis estáticos equivalentes, la torsión requerirá amplificación para tener en
cuenta los efectos de respuesta dinámica. El factor de aumento dinámico se
especificará en el código nacional u otros documentos del país. Por ejemplo, este
valor puede tomarse como 1 a 2.
La excentricidad incidencial que cubre la inexactitud de la excentricidad estimada a
medida que avanzamos en la rotación se supone que los componentes del
movimiento del terreno no son inferiores a 0,05 de las dimensiones de la estructura
perpendicular a la dirección de las fuerzas aplicadas.
La fuerza y la ductilidad de los elementos de seguridad debe estar bien organizados
teniendo en cuenta las teorías de momento que da efectos adicionales de acción
sísmica a los elementos de seguridad.
Anexo G
(Informativo)
Relación de amortiguación
La amortiguación en la estructura es una clase clasificada como sigue:
- amortiguación interna de los elementos de estructura (tanto miembros como
miembros);
- Su amortiguación teórica derivada de sus teres se basa en las relaciones de
deformación de la fuerza de restauración;
- amortiguamiento debido a elementos no estructurados;
- amortiguación debido a la disipación de energía en el suelo derivada de la
vibración de la superestructura
50
En general, estos tipos de amortiguamiento, a excepción del tratamiento histérico
están representados por amortiguación viscosa en análisis dinámico. La
amortiguación histérica puede ser tomada en cuenta como parte de la amortiguación
viscosa en modelos lineales equivalentes; de lo contrario, debe incorporarse en los
histéresis -basado en la restauración de las relaciones de fuerza-deformación. La
última opción conduce a resultados más refinados en respuesta análisis de historia,
pero implica más esfuerzo de cálculo.
La magnitud de la fuerza sísmica de diseño se ve muy afectada por el valor de la
relación de amortiguación y desafortunadamente, hay muchas incógnitas en la
naturaleza de la amortiguación, lo que resulta en una gran incertidumbre sobre la
relación de amortiguamiento.
En principio, los valores de amortiguación deben evaluarse en función de las
pruebas de vibración, las pruebas de la mesa de agitación y observaciones de
terremotos de estructuras reales o modelos de estructuras a gran escala. El rango
de las deformaciones en los miembros en experimentos se recomienda cerca de las
deformaciones esperadas mediante cálculos. Si estos datos no están disponibles,
se pueden utilizar los resultados de estructuras similares en condiciones similares.
Este método de evaluación de la amortiguación es apropiado para evaluar
directamente la amortiguación total de estructuras En el caso de evaluar la
amortiguación total sumando los valores de amortiguación derivados de
experimentos de partes de las estructuras, se requieren exámenes cuidadosos.
Los valores recomendados de amortiguación pueden enumerarse en algunos
códigos o regulaciones similares. En tales casos, el principio mencionado debe
tenerse en cuenta.
Estructuras que tienen pocas fuentes de disipación de energía por fricción, como
estructuras de acero soldadas desnudas, puede requerir valores de amortiguación
más bajos, donde aquellos con más fuentes de fricción, como edificios con
revestimiento de madera, por ejemplo; puede aumentar la amortiguación. Cabe
señalar que la relación de amortiguamiento es afectada por la configuración de la
estructura, así como el tipo de construcción.
51
El valor de la fracción de amortiguamiento crítico (relación de amortiguamiento) se
adopta muy a menudo entre 0,01 y 0,10, dependiendo del material, tipo de
estructura, sus conexiones y la magnitud relativa de las deformaciones producidas.
El valor conduce a aumentar a medida que aumenta la frecuencia, pero con grandes
fluctuaciones.
A menudo se emplea una relación de amortiguamiento de 0,01 en el diseño del
viento, y se determina un valor similar al evaluar pisos y puentes peatonales sujetos
al paso de personas. [+]
Al evaluar las acciones sísmicas, donde se considera una mayor cantidad de
deformación, un valor más alto de relación de amortiguamiento puede ser
empleado. Para fines de diseño, la relación de amortiguamiento para el modo
fundamental de las estructuras regulares de acero, hormigón o mampostería están
en el rango de 0,02 a 0,05 dependiendo sobre el tipo de construcción y la intensidad
del movimiento del suelo considerado que implica la tensión nivel sufrido por la
estructura.
En el modelado de las estructuras, una de las matrices de amortiguamiento clásicas
es el amortiguamiento de Rayleigh, para el cual la matriz de amortiguación [C] se
proporciona como se muestra en la Fórmula (G.1):
𝐶 =∝0 [𝑀] +∝1 [𝐾]
dónde
[M] es la matriz de masa;
[K] es la matriz de rigidez;
αo, α1 son los coeficientes que se determinarán dependiendo de las relaciones de
amortiguamiento de dos diferentes modos.
La matriz de amortiguación anterior puede no proporcionar relaciones de
amortiguación apropiadas para modos distintos de los dos modos considerados
para determinar los coeficientes αo, α1. En tales casos, otras matrices de
amortiguación en que relaciones de amortiguamiento modal se pueden especificar
o se pueden aplicar múltiples modos.
52
Se describe la disipación de energía debido al comportamiento inelástico de la
estructura y el factor de diseño estructural junto con algunos parámetros en el Anexo
D. Espectro de respuesta de diseño normalizado en suelo clasificado las
condiciones se mencionan en detalle, y el principio del método del espectro de
capacidad también se demuestra en Anexo I. Algunas partes de ellos están
estrechamente relacionadas con la amortiguación de la estructura o la relación de
amortiguación en ambas anexidades. Si es necesario, es preferible referir las
porciones relacionadas.
Los efectos de la amortiguación viscosa en la respuesta general se vuelven menos
significativos con el aumento de la histéresis de amortiguación. Hay varias fórmulas
para obtener alguna reducción o incremento del pico de aceleración para relación
de amortiguamiento diferente de 0,05, entonces la ordenada k Ro puede
multiplicarse, por ejemplo, por:
Donde ζ es la relación de amortiguamiento de la estructura en sistemas lineales. Se
recomienda no reducir kζ menos de 0,55.
Aunque la mayoría de los códigos sísmicos utilizan una relación de amortiguamiento
constante de 0,05, varía según el material estructural, sistema de construcción y
comportamiento durante los terremotos, algunos ejemplos de la relación de
amortiguamiento para SLS es la siguiente.
Hormigón armado 0,04
Albañilería reforzada 0,04
Hormigón pretensado 0,03
Acero soldado o atornillado (precargado) 0,03
Acero atornillado (no precargado) 0,05
53
Para ULS, dado que el comportamiento inelástico de las estructuras es significativo
y la amortiguación histérica se convierte en más grande, esos efectos podrían
incluirse en la Fórmula (G.2) o Fórmula (G.3), o deberían considerarse, elegir el
valor apropiado de kD (ver Anexo D).
En caso de que el comportamiento ineficaz de las estructuras no sea muy
importante, la relación de amortiguación puede ser la siguiente:
Hormigón armado 0,07
Albañilería reforzada 0,07
Hormigón pretensado 0,05
Acero soldado o atornillado (precargado) 0,04
Acero atornillado (no precargado) 0,07
Anexo H
(Informativo)
Análisis Dinámico
H.1 Modelo de estructura para análisis dinámico.
Los modelos de estructura para el análisis dinámico deben incluir representación
espacial de la masa, así como las características dinámicas de todos los elementos
destinados a participar en la resistencia de las fuerzas del terremoto.
En general, grados suficientes de libertad para capturar características de respuesta
significativas en tres se deben incluir las dimensiones. Los modelos planos solo
pueden permitirse cuando la respuesta torsional puede ser demostrado ser
insignificante. Además, si la rigidez horizontal de un piso puede ser adecuada
representado por una serie de resortes traslacionales y rotacionales, masa
unidimensional agrupada y los modelos de resorte pueden ser útiles para una
evaluación simple pero práctica de la acción sísmica.
Deben utilizarse métodos numéricos avanzados que puedan ocuparse de la
mecánica del continuo. necesario para considerar el detalle del comportamiento
54
material de la estructura y el efecto del comportamiento del suelo, etc. Estos
métodos también son útiles para considerar la variación espacial y el efecto de
propagación del movimiento del suelo.
Los modelos pueden fijarse en la base [ver figura 11,1 a)] o representar el
cumplimiento de
suelos con resortes traslacionales y / o rotacionales apropiados como se ilustra en
la Figura b). Más los modelos detallados de interacción suelo-cimiento-estructura
ilustrados en la Figura 11,1 c) a menudo se usan cuando el movimiento sísmico se
define en la roca madre.
a) Modelo fijo
b) Modelo de balanceo oscilante
c) Modelo de interacción de la estructura con pilas
Llave
1 Nivel del suelo
2 Primavera de balanceo
3 Resorte oscilante
4 Pilas
5 Cimientos / sótano
6 Fuerzas causadas por el suelo
7 Lecho de roca
8 Aceleración del movimiento del suelo
Figura H.1 - Ejemplos de modelos de interacción suelo-estructura
55
H.2 Análisis del espectro de respuesta
H.2.1 Método de análisis
El análisis del espectro de respuesta se realiza para el espectro de respuesta
específico del sitio establecido para propósito del análisis. En ausencia de tal
espectro, el espectro de respuesta de diseño normalizado indicado en el Anexo B
multiplicado por la aceleración máxima del terreno para el terremoto Se puede
emplear la intensidad del movimiento. Modelos elásticos de estructuras con los
mismos supuestos de rigidez para el análisis del historial de respuesta lineal
indicado en H.3.2.1 debe emplearse en el análisis del espectro de respuesta. Las
acciones sísmicas y / o los efectos de la acción deben evaluarse combinando la
respuesta modal elástica.
Cuando las frecuencias naturales de diferentes modos no están muy próximas entre
sí, la combinación para estimar la cantidad máxima de respuesta generalmente se
puede realizar utilizando la siguiente fórmula
(Método SRSS):
Dónde
S es la cantidad máxima de respuesta bajo consideración;
Sí es la cantidad máxima de respuesta en el enésimo modo de vibración.
Independientemente de si las frecuencias naturales de los diferentes modos están
estrechamente espaciadas o no, la combinación puede realizarse usando las
Fórmulas (H.2) y (H.3) (método CQC) que se deriva de la teoría aleatoria de
vibración:
56
dónde
ζi ζk son las relaciones de amortiguamiento para el modo i y k, respectivamente;
χ es la relación entre la frecuencia natural del modo i enésimo y la frecuencia natural
del modo k
Todos los modos con una contribución significativa a la respuesta estructural total
deben considerarse para fórmulas (H, 1) y (H.2).
H.2.2 Acción sísmica y efecto de acción
La respuesta de la combinación de modos debe multiplicarse por un factor de escala
apropiado y relacionar la cizalladura base de análisis dinámico con la cizalladura
base estática equivalente (descrita en 8.1). Comprobando por ULS, la respuesta
debe multiplicarse adicionalmente por el diseño estructural apropiado descrito en el
anexo D.
H.3 Análisis del historial de respuestas
H.3.1 Método de análisis
El análisis del historial de respuestas se puede clasificar en análisis lineal y análisis
no lineal. El método apropiado debe elegirse en función del propósito del análisis.
H.3.1.1 Análisis de historial de respuesta lineal
El propósito del análisis del historial de respuesta lineal es predecir los valores de
la fuerza del elemento y valores globales de respuesta de deformación estructural
asumiendo una respuesta lineal.
El análisis del historial de respuesta lineal a menudo se emplea para evaluar los
efectos de acción sísmica para SLS donde se supone el comportamiento de los
57
elementos estructurales dentro del límite elástico. Para ULS, sin embargo, el
comportamiento no lineal de los elementos estructurales es básicamente importante
y la fuerza del elemento obtenida por el análisis debe multiplicarse por el factor de
diseño estructural apropiado descrito en el Anexo D como en el análisis de espectro
de respuesta prescrito. La deformación estructural global también debe multiplicarse
por el factor de diseño estructural y, además, se multiplicará por el factor de la
amplificación de deflexión apropiada, que debe establecerse para varios tipos de
sistemas estructurales.
H.3.1.2 Análisis de historial de respuesta no lineal:
El propósito del análisis del historial de respuesta no lineal es predecir los valores
globales de la deformación de la estructura, resistencia individual del elemento y
demandas de deformación directamente a niveles de respuesta más allá del límite
elástico y para demostrar implícita o explícitamente que la estructura tiene suficiente
resistencia, rigidez, amortiguación y capacidad de deformación para cumplir con los
objetivos de rendimiento.
El análisis del historial de respuesta no lineal se emplea normalmente para evaluar
los efectos de acción sísmica para ULS. Como la deformación estructural global no
lineal se puede obtener sin depender de parámetros prescriptivos tales como
factores de diseño estructural y factores de amplificación de deflexión. Además,
plástico cíclico la deformación en cada elemento se puede evaluar directamente.
Cabe señalar que los resultados del análisis de respuesta no lineal consisten en
verificar los rendimientos estructurales en lugar de determinar las demandas
sísmicas derivadas de la combinación de cargas factorizadas. Criterios de
aceptación apropiados de la respuesta debe establecerse y aplicarse en la
verificación.
H.3.2 Característica de la fuerza restauradora
H.3.2.1 Supuestos de rigidez para análisis lineal
58
Las características de deformación de la fuerza de los elementos de acero
estructural deben basarse en las propiedades de la sección bruta y deben tener en
cuenta los efectos de la rigidez de la zona del panel y otras fuentes de deformación
en juntas estructurales. También se pueden considerar los efectos de la
composición del hormigón. Deformación de fuerza
Las características de los elementos de albañilería y hormigón deben tener en
cuenta la sección efectiva de grietas rigidez.
H.3.2.2 Supuestos de fuerza-deformación para análisis no lineal
Los supuestos de rigidez de los elementos estructurales antes del rendimiento
efectivo deberían ser básicamente los mismos que en análisis lineal. En algunos
casos, sin embargo, la rigidez inicial de las estructuras de concreto sin grietas es el
comportamiento tomado y no lineal después de las grietas y antes de ceder se
considera que incorpora los efectos de
amortiguación de histéresis en un pequeño rango de deformación. Las
características de deformación de fuerza deben basarse en pruebas de laboratorio
existentes de elementos similares y debe tener en cuenta la resistencia y
degradación de rigidez en elementos de hormigón debido a cargas cíclicas dentro
del rango anticipado de respuesta. En
elementos de acero, a veces se tienen en cuenta los efectos de Bauschinger. La
figura H.2 ilustra ejemplos de modelos histéreos.
Las fuerzas en los elementos de las estructuras debido a cargas muertas y vivas
deben tenerse en cuenta como condiciones iniciales para el análisis no lineal a
menos que tales efectos no sean significativos
59
a) Modelo bilineal normal
b) Modelo trilineal degradante
Llave
M momento de flexión
Ҩ Angulo de desviación
Figura H .2 - Ejemplos de modelos característicos de fuerza de restauración
Los elementos que se espera que se comporten dentro o casi dentro del límite
elástico pueden modelarse como elementos lineales a condición de que tal
comportamiento de los elementos sea confirmado por el análisis no lineal.
H.3.3 Movimientos terrestres de terremoto de entrada
Básicamente, se deben proporcionar movimientos de tierra de terremoto de entrada
para dos horizontales ortogonales y direcciones verticales. En el análisis del modelo
espacial, entrada simultánea del movimiento del terreno en los dos se pueden
realizar instrucciones en lugar de realizar análisis en las dos direcciones de forma
independiente y combinando los resultados. Normalmente, los movimientos
verticales se consideran por separado por más simplificados procedimientos como
se describe en el Anexo E. A menudo se emplean los siguientes movimientos de
entrada:
a) movimientos sísmicos de tierra registrados;
b) movimientos artificiales cuyo espectro de respuesta es compatible con el espectro
de diseño;
60
c) movimientos simulados basados en las características de la fuente y del sitio.
H.3.3.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados
Cuando los movimientos de tierra de terremoto registrados se usan como
movimientos de tierra de entrada, deben ser seleccionados apropiadamente para
representar el rango de magnitud, la distancia de falla y las condiciones del sitio
asociadas con la estructura y su diseño sísmico. Los registros deben ser escalados
o modificados en amplitud para que sus espectros de respuesta lineal coincidan con
el espectro de respuesta específico del sitio establecido para estado límite
considerado (p. ej., SLS o ULS) dentro de un rango de período que captura los
modos de respuesta primarios de la estructura, considerando el alargamiento
potencial del período. En ausencia de espectro de respuesta específico del sitio, el
espectro de respuesta de diseño normalizado indicado en el Anexo B puede
emplearse en su lugar. En la evaluación de la respuesta, debe tenerse en cuenta
que el uso de un terremoto registrado las mociones a veces conducen a resultados
que se rigen por las características específicas de los registros y que esto puede no
ocurrir en el sitio o en cada terremoto futuro. Por lo tanto, se recomienda considerar
un conjunto suficientemente grande de movimientos para capturar una mejor
estimación de la respuesta media y también para proporcionar información sobre la
variabilidad potencial en la respuesta.
H.3.3.2 Movimientos de tierra por terremotos artificiales consistentes con el
espectro de respuesta
Los movimientos de tierra por terremotos artificiales a menudo se desarrollan
adoptando fases aleatorias, fases características de movimientos de tierra
registrados o modelos de diferencia de fase para que sus espectros se ajusten al
sitio espectro de respuesta de diseño específico o normalizado prescrito en H.3.3.1.
Duraciones de los acelerogramas debería ser suficiente a la luz de la magnitud y
otras características relevantes de los terremotos considerados, así como
características dinámicas de estructuras objetivas.
61
Los movimientos artificiales del terreno pueden establecerse en la superficie del
suelo o en la roca madre, pero es más racional establecerlos en el lecho rocoso que
se pueden usar directamente en la estructura del suelo.
Análisis del modelo de interacción. Cuando se establecen movimientos de tierra de
terremotos artificiales en la superficie del suelo, deben reflejar las características
dinámicas del suelo en el rango de deformación correspondiente a la intensidad de
los terremotos considerados.
H.3.3.3 Movimientos terrestres de terremotos simulados
Movimientos terrestres simulados de terremotos desarrollados en base a los
parámetros de diseño del terremoto que incluyen la magnitud, ubicación de la falla,
distribución de deslizamiento, dirección de ruptura, etc., y también en la ruta de viaje
El mecanismo y las características de la superficie del suelo pueden emplearse
como movimientos de tierra de terremoto de entrada. Se han desarrollado varios
métodos de simulación, algunos de los cuales se introducen en ISO 23469. Como
los movimientos simulados pueden producir acciones considerablemente intensas,
se recomienda evaluar su nivel de peligro, como el período de retorno, etc.
Los movimientos de tierra simulados son efectivos especialmente para demostrar
características peculiares de ciertos tipos de terremotos que son críticos en algunas
estructuras. Por el contrario, demandas comunes de acciones sísmicas ordinarias
no se pueden incorporar. En consecuencia, cuando el análisis del historial de
respuestas es realizado para movimientos de tierra simulados de terremotos,
análisis de movimientos de tierra artificiales o grabados también debe llevarse a
cabo.
62
Anexo I
(Informativo)
Análisis estático no lineal y método de espectro de capacidad
I.1 Análisis estático no lineal
El análisis estático no lineal (análisis de empuje; ver Figura 1.1) da una respuesta
no lineal de la estructura modelo bajo la forma de distribución de carga lateral
constante. En general, la forma de distribución de fuerza lateral (la relación de la
cantidad de fuerza lateral en cada piso) se define antes de realizar el análisis
considerando los modos de vibración predominantes, la cantidad de fuerza lateral
se incrementa gradualmente.
Figura 1.1 - Análisis estático no lineal
Llave
→ fuerzas laterales
Del análisis estático no lineal, la relación entre la cizalla de piso y la deriva entre
pisos de cada el piso se puede obtener como se muestra en Figura 12. De esta
relación, cuestiones como la cantidad se puede discutir el corte de la base, el piso
más vulnerable y el mecanismo de falla. Además, la bisagra de rendimiento del
desarrollo de la estructura paso a paso se puede verificar como se muestra en la
Figura I.3, y la deformación y la fuerza de restauración de cada miembro se puede
rastrear.
63
Llave
VE cizalla de piso
Δ deriva entre pisos
Número de 1, 2, 3 pisos.
Figura I .2 - Ejemplo de la relación entre la cizalladura de piso y la deriva entre pisos
Figura I .3 - Ejemplo de desarrollo de bisagra de rendimiento
I.2 Método de espectro de capacidad
Al considerar el modo de vibración predominante, el sistema de múltiples grados de
libertad (MDOF) puede ser simplificado a la respuesta del sistema SDOF como se
muestra en la Figura I,4. La cizalla simplificada dividida por la masa equivalente, Δ,
se llama "aceleración representativa" y se calcula a partir de la Fórmula (I.1).
El desplazamiento simplificado, Δ, se denomina "desplazamiento representativo" y
se calcula a partir de la Fórmula (I.2).
64
Figura I.4 - Simplificación del sistema MDOF en un sistema SDOF equivalente
Donde
mi es la masa en el piso i;
xi es el desplazamiento relativo en el piso i-ésimo a la base de la estructura;
pi es la cantidad de fuerza lateral que actúa en el piso i.
Si el sistema es lineal, el valor máximo de Δ y Δ bajo un terremoto es igual a los
valores del espectro de respuesta de aceleración S a y el espectro de respuesta de
desplazamiento Sd en el período predominante de la estructura como se muestra
en la Figura I.5. La curva, cuyo eje horizontal es Δ, y el eje vertical Δ, se llama curva
de rendimiento y la curva cuyo eje horizontal es S d y el eje vertical es Sa se llama
curva de demanda. El punto de respuesta máximo es la intersección entre la curva
de rendimiento y la curva de demanda. La curva de demanda generalmente se
define a partir del espectro de diseño.
65
Llave
Δ aceleración representativa
Sa Respuesta de aceleración
Δ desplazamiento representativo
Sd Respuesta de desplazamiento
Figura I .5 - Respuesta máxima, Sa y Sd
Si la curva de rendimiento muestra no linealidad, la amortiguación aumenta debido
a la energía adicional de la disipación durante la respuesta no lineal. La
amortiguación equivalente, ζeq. Debe definirse, teniendo en cuenta la forma de los
ciclos de histéresis de los sistemas estructurales y los componentes disipadores.
Cuando valores específicos no están disponibles, la Fórmula (I.3) se puede usar
para calcular la amortiguación viscosa equivalente, donde se considera una
amortiguación viscosa lineal de 0,05.
dónde
ɣ es el coeficiente que depende de las características estructurales. Algunos valores
recomendados se muestran en la Tabla I.1;
μ Es el factor de ductilidad.
66
Tabla 1.1 - Ejemplo de valor ɣ
ɣ
Sistema estructural
Muros de hormigón armado y muros de 0.2
mampostería reforzados.
Marcos de hormigón armado dúctil
0.25
Sistema de marco de doble pared
Ver Formula (I.4)
Momento
de
marcos
de
acero 0.25
resistente
Marcos de acero reforzados que evitan
el pandeo de los tirantes
Marcos de acero reforzados que evitan Estudios específicos necesarios
el pandeo de los tirantes
Albañilería sin refuerzo
0.09
Estructuras de madera con conexiones 0.09
dúctiles.
Estructuras de madera con conexiones Estudios específicos necesarios
ordinarias
Donde ζeq,w ζeq,f son las proporciones de amortiguamiento viscoso equivalentes
calculadas para las submuros de pared y sistema de marcos, respectivamente, y
Vw y Vf son la suma de la fuerza de corte en la base de los elementos de pared y
67
marcos, respectivamente. Se requiere una evaluación cuidadosa de la rigidez del
diagrama de piso para aplicar la fórmula (I,4).
El factor de reducción de la demanda debido a la no linealidad, kζ, se calcula de
acuerdo con el equivalente de amortiguación Algunas fórmulas como la fórmula (I.5)
pueden ser informativas.
Como se muestra en la Figura I.6, la respuesta máxima se puede estimar en la
intersección entre curva de rendimiento y curva de demanda reducida por k ζ, Si
ningún miembro estructural alcanza el estado límite de seguridad como falla de
corte, falla de unión o falla de compresión, la estructura se evalúa como segura.
Llave
Sa Respuesta de aceleración
Sd Respuesta de desplazamiento
kζ factor de reducción de la demanda debido a la no linealidad
1 ceder
2 respuesta máxima
3 curva de rendimiento
4 curvas amortiguadas (5% de amortiguación)
Figura I .6 - Método del espectro de capacidad
68
Anexo J
(Informativo)
Interacción suelo-estructura
J.1 Fenómenos de interacción suelo-estructura (SSI)
Para la mayoría de las estructuras, los efectos SSI no se consideran al determinar
las fuerzas de diseño sísmico. Para estas estructuras, los movimientos de diseño
del terreno se introducen en su base, asumiendo una rigidez rígida de la base
(supuesto de base fija). Sin embargo, para algunas estructuras como edificios de
baja altura o edificios de mediana altura ubicados en depósitos de suelo de blandos,
los efectos de SSI pueden cambiar significativamente la respuesta sísmica de las
estructuras modificando las características de respuesta dinámica (período
fundamental y amortiguación) del suelo sistema de estructura Los fenómenos de
cambio de período y relación de amortiguamiento inducidos por las condiciones del
suelo son llamado el SSI dinámico.
Debido a la incrustación de cimientos y pilotes, los movimientos sísmicos de entrada
a la superestructura son distintos en comparación con el movimiento del terremoto
definido en una superficie del suelo. En terremoto de entrada, los movimientos que
son menos frecuentes, dependen de la profundidad de inserción y la rigidez de las
pilas. Los fenómenos de cambio del movimiento de entrada se denominan
interacción cinemática. Por otra parte, los fenómenos de cambio de período y
relación de amortiguamiento por la fuerza sísmica de la estructura son las
interacciones inerciales.
Los efectos de SSI en las estructuras se resumen como sigue:
a) alargamiento del período natural en comparación con la condición de base fija;
b) cambio en la relación de amortiguamiento desde la condición de base fija;
c) disminución del movimiento sísmico de entrada del movimiento en la superficie
del suelo.
69
Figura J.1 presenta un modelo de superestructura, cimientos y muelles bajo el SSI,
llamado modelo de balanceo oscilante (SR) y los efectos de los muelles de balanceo
en el desplazamiento del modelo.
Por simplicidad, la superestructura está configurada para ser una masa. Debido a
la inercia) fuerza de superestructura y base, se combinan tres tipos de
desplazamiento. Hay desplazamientos de superestructura; así mismo, resorte
oscilante (modo horizontal de la base) y resorte oscilante (modo de rotación de la
base). El período de superestructura se estima en función del desplazamiento de la
superestructura (arriba). El período con SSI se estima en función del
desplazamiento total de la superestructura, la oscilación (us) y el balanceo (ur). los
El período de estructura con SSI es siempre mayor que con condición de base fija,
con depósito de suelo más blando, los efectos de los desplazamientos de balanceo
y balanceo son más significativos.
J.2 Estimación simplificada del período y la relación de amortiguamiento
Bajo la Figura J.1 b), el desplazamiento del SSI (ue,) se define como tres resortes
conectados en serie (ver formula J.1)
Donde F y H son la fuerza horizontal equivalente estática y la altura equivalente de
la superestructura bajo modo de vibración fundamental, respectivamente. K b, Ks y
Kr son constantes de resorte de superestructura y balanceo, respectivamente.
El resorte de SSI (Ke) se expresa como Fórmula (J .2):
El período del sistema SS I es como la Fórmula (J .3):
70
Donde Tb, Ts y Tr son períodos naturales de superestructura, balanceo y balanceo,
respectivamente. Del mismo modo, se obtiene la relación de amortiguamiento del
sistema SSI. Ver Fórmula (J .4) y (J. 5).
donde ζb, ζs y ζr son relaciones de amortiguamiento de superestructura, balanceo
y balanceo, ωb, ωs y ωr son frecuencias circulares, cb, cs y cr son coeficientes de
amortiguamiento, respectivamente. m es la masa equivalente de superestructura
con modo de vibración fundamental.
a)
Modelo SR
b) Desplazamiento del modelo SR
Llave:
m: Masa equivalente de superestructura con modo de vibración fundamental.
H: altura equivalente de superestructura con modo de vibración fundamental.
F: fuerza de inercia en masa.
71
Kb, cb y ub: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento
de la superestructura
Ks, cs y us: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento
por balanceo.
Kr, cr y ur: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento
por balanceo
Ue: desplazamiento total.
Figura J.1 - Modelo SR y distribución de desplazamiento
Anexo K
(Informativo)
Diseño sísmico de edificios de gran altura.
Normalmente, un gran número de personas se reúnen en edificios de varios pisos
de gran altura y la falla de un edificio de gran altura generalmente causa impactos
más graves en las instalaciones circundantes que los causados por fallas de
edificios de baja o media altura. En este contexto, los edificios de gran altura
requieren fiabilidad mejorada en ULS. Además, como sus tamaños suelen ser
bastante grandes, el daño en los edificios de gran altura es grave en términos de
pérdida o costo de reparación y tiempo de inactividad prolongado. Por lo tanto, una
mayor fiabilidad también puede ser necesaria en SLS.
Sin embargo, la mayoría de los códigos de diseño sísmico actuales no requieren
explícitamente un aumento en el factor de importancia, que es similar al factor de
carga en relación con la confiabilidad de la estructura, solo porque el edificio es de
gran altura. En cambio, los respetos habituales se pagan a los siguientes problemas
en el diseño sísmico de edificios de varios pisos de gran altura.
a) Emplear los métodos y modelos de estructuras más avanzados para evaluar
los efectos de la acción sísmica.
72
b) Seleccione movimientos de tierra de entrada de diseño apropiados, incluidos
los que son más críticos a la luz de las características dinámicas que son
distintivas en los edificios de gran altura.
c) Haga cumplir las consideraciones de diseño normales o introduzca criterios de
aceptación más estrictos, incluidos, entre otros:
-
minimizar la excentricidad entre los centros de masa y rigidez;
-
minimizar la variación abrupta en la rigidez horizontal del piso;
-
introducir un sistema de control de respuesta o amortiguación adicional;
-
Asignar márgenes especiales a elementos críticos y partes de la estructura
para mantener comportamiento dúctil
NOTA Típicamente, los edificios de gran altura se definen como aquellos de más de
50 m de altura con una participación masiva significativa y una respuesta lateral en
modos de vibración más altos.
K.2 Método de evaluación y modelo de estructura.
En principio, las bases para evaluar las acciones sísmicas y los efectos de acción
son comunes en todos los edificios, incluidos los de gran altura. Por lo general, los
procedimientos de análisis dinámico se emplean en el diseño sísmico de edificios
de gran altura, ya que las presunciones implícitas en el análisis estático equivalente
pueden no ser apropiadas para edificios de gran altura.
Como es común en todos los tipos de análisis dinámico, se recomienda la
representación espacial o tridimensional de modelos de estructuras. Este principio
se aplica a los edificios de gran altura porque los marcos espaciales u otros sistemas
estructurales tridimensionales se emplean comúnmente en ellos y los efectos de los
marcos en la dirección ortogonal a las acciones sísmicas no son insignificantes al
evaluar los efectos de la acción. Además, los efectos de la combinación de los dos
componentes horizontales indicados en el Anexo D, que son más importantes en
los edificios de gran altura, pueden evaluarse sin introducir factores empíricos, ε o
λ, ya que es suficiente realizar un análisis para la aplicación simultánea de dos
movimientos de tierra ortogonales a modelos espaciales o tridimensionales.
73
Al diseñar estructuras a gran escala, incluidos edificios de gran altura, la influencia
de la interacción suelo-estructura debe incluirse en la evaluación de las acciones
sísmicas para edificios en suelos blandos y con el apoyo de cimientos profundos.
Los análisis del historial de respuestas para acciones sísmicas ULS deben
realizarse con modelos no lineales, ya que la información precisa de los
comportamientos no lineales durante los terremotos de cada elemento de la
estructura es esencial, especialmente en edificios de gran altura. Tales
comportamientos incluyen no solo la fuerza del elemento, sino también la
deformación no lineal máxima, el número de inversiones de tensión, etc. Debe
tenerse en cuenta que los factores de diseño estructural para evaluar la respuesta
no lineal de la respuesta elástica se establecen para el prototipo de edificios
principalmente de baja o media altura y pueden deben revisarse al aplicar a varios
tipos de sistemas estructurales innovadores de edificios de gran altura.
K.3 Movimiento de tierra de entrada
Además de las consideraciones para la representación uniforme del peligro de los
movimientos del terreno de diseño, aquellos con componentes críticos a la luz de
las características dinámicas de los edificios de gran altura deben ser empleados.
Los edificios de gran altura suelen ser estructuras con períodos prolongados y
requieren especial atención en la selección del diseño del historial de movimiento
del suelo para incluir aquellos que contienen altos niveles del componente a largo
plazo. En el análisis del historial de respuesta no lineal, las duraciones y / o los
números de movimiento de gran amplitud también pueden ser importantes. A veces,
consideraciones para el movimiento de tierras debido a los mega terremotos que
ocurren a lo largo de los límites de las placas corticales, incluso si están lejos del
sitio, dan como resultado una respuesta inesperadamente grande y duradera en
edificios de gran altura. Estos fenómenos deben tenerse debidamente en cuenta al
proporcionar movimientos de tierra simulados de terremotos basados en un
escenario determinista.
74
K.4 Introducción del sistema de control de respuesta
La investigación y el desarrollo de sistemas de control de respuesta para estructuras
avanzan rápidamente y Varios tipos de sistemas descritos en el Anexo M,
particularmente los sistemas de control pasivo o de amortiguación, han alcanzado
la etapa de aplicación práctica. En consecuencia, el control de respuesta se está
convirtiendo en un equipo estándar de edificios de gran altura en regiones de alto
riesgo sísmico para reducir la respuesta máxima del piso y tiempo de duración de
la vibración debido a acciones sísmicas, así como para mejorar la habitabilidad
durante las acciones frecuentes del viento.
Se debe seleccionar el sistema más efectivo para controlar los efectos del tipo
esperado y la intensidad de las acciones sísmicas. Deben establecerse modelos
analíticos apropiados de dispositivos, incluidas sus características específicas. Por
ejemplo, la dependencia de sus propiedades de amortiguación, si las hay, en
temperatura, amplitud de vibración, etc., deben incorporarse adecuadamente para
evitar sobreestimar los efectos de control de respuesta. Además, la influencia de la
fatiga bajo deformaciones cíclicas también debe considerarse para amortiguadores
de acero u otros metales.
K.5 Interacción suelo-estructura (SSI)
La fuerza de inercia en las superestructuras debido a acciones sísmicas se
transmite a través de los cimientos y se resiste por el suelo causando
desplazamientos de cimientos y / o sótanos. Como resultado, cambian las
propiedades dinámicas, incluidos los períodos naturales y las relaciones de
amortiguación. Si el suelo del sitio es blando, los efectos son sobresalientes también
en edificios de gran altura. Además, la entrada de movimiento sísmico a la
superestructura no es la misma que los movimientos de la superficie del suelo, que
generalmente se usan como entrada de terremoto para modelos de estructuras de
base fija, debido a los efectos de sótanos y / o pilas. Una descripción más detallada
de este problema, la interacción suelo-estructura, se da en el Anexo J.
75
Si bien el SSI y su influencia rara vez se consideran en los casos de edificios de
baja o media altura, a menudo se considera para edificios de gran altura construidos
en suelo blando y apoyados por cimientos profundos, donde la influencia de la
interacción en la respuesta sísmica es importante, debe tenerse en cuenta
adecuadamente empleando los modelos estructurales como se indica en H.1 y el
Anexo J.
Anexo L
(Informativo)
Límites de Deformación
Hay dos tipos de deformaciones a controlar: la deriva del piso, que es el
desplazamiento lateral dentro de un piso y el desplazamiento lateral total a cierta
altura en relación con la base. La deriva del piso debe limitarse para restringir el
daño a elementos no estructurales como vidrio, paneles, muros cortina, paredes de
yeso y otras particiones para movimientos de tierra de terremotos moderados y para
controlar la falla de elementos estructurales y la inestabilidad de la estructura en el
caso de movimientos severos de terremotos. Los límites se expresan con frecuencia
en términos de la relación de deriva del piso, que es la deriva del piso dividida por
la altura del piso. En la evaluación de deformaciones bajo movimientos severos de
terremoto, es generalmente necesario para tener en cuenta el efecto de segundo
orden (efecto P-delta) de momentos adicionales debido a la gravedad más las
fuerzas sísmicas verticales que actúan sobre la estructura desplazada que ocurre
como resultado de movimientos severos de terremoto.
Para el control de daños que amenazan la vida en edificios ocupados en el ULS, la
relación de deriva del piso debe limitarse a valores entre 0,005 (1/200) y 0,025
(1/40), dependiendo de los materiales de construcción, la altura del edificio y el uso
del edificio. Un ejemplo de tabulación de tales efectos se muestra en la Tabla L.1.
En otros tipos de estructuras, las limitaciones en la deriva del piso pueden regirse
por la capacidad de deriva de elementos y sistemas no estructurales. En
76
instalaciones críticas, los límites de la relación de deriva de piso deben ser menores
según sea necesario para preservar la función de los sistemas esenciales.
Tabla L.1 - Ejemplo que limita las proporciones de deriva de pisos para
edificios
Clase de consecuencia
Clase de alta
normal
consecuencia
0,010 a 0,025
0,004 a 0,015
(1/100 a 1/40)
(1/250 a 1/67)
0,005 a 0,020
0,002 a 0,010
(1/200 a 1/50)
(1/500 a 1/100)
Con mampostería
0,005 a 0,010
0,002 a 0,010
estructural
(1/200 a 1/100)
(1/500 a 1/100)
Bajo, sin mampostería
Alto, sin mampostería
El control del desplazamiento total se refiere a separaciones suficientes de dos
estructuras contiguas para evitar el contacto dañino por movimientos de tierra
severos del terremoto. Hay dos métodos comunes para cuantificar la separación
necesaria del edificio basada en las deformaciones de las dos estructuras,
dependiendo del grado de seguridad y vulnerabilidad al contacto dañino: 1) usa la
suma absoluta, o 2) usa la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados. Además,
para miembros que se extienden entre dos estructuras, los rodamientos deben tener
suficiente capacidad de desplazamiento para mantener el soporte.
77
Anexo M
(Informativo)
Sistemas de control de respuesta
Recientemente, los sistemas de control de respuesta, incluido el aislamiento
sísmico, se han aplicado gradualmente a varias estructuras, por ejemplo, edificios,
puentes de carreteras y plantas de energía y tanques de GNL. Los sistemas de
control de respuesta se utilizan no solo para estructuras nuevas sino también para
estructuras existentes para adaptarlas. Existen algunos sistemas de control de
respuesta para proteger el contenido de las estructuras, aislando los pisos que
soportan esos contenidos, etc.
Los sistemas de control de respuesta se clasifican como se muestra en la Figura
M.1, y algunos ejemplos de los sistemas de control de respuesta se ilustran en la
Figura M.2. Todos los sistemas, excepto los sistemas de control activos (incluidos
los parcialmente activos que son semi activos) pueden clasificarse en sistemas de
control pasivo. El aislamiento sísmico es para reducir la respuesta de la estructura
por los aisladores y amortiguadores que son generalmente instalado entre los
cimientos y la estructura. Como los aisladores alargan el período natural de la
estructura y amortiguadores aumentan la amortiguación, la respuesta de
aceleración es reducido como se muestra en la Figura M. 3, pero se produce un
gran desplazamiento relativo en el piso instalado del aislador.
Los dispositivos de absorción de energía y la adición de masas a las estructuras
también se utilizan para controlar la respuesta. Como se muestra en la Figura M.4
a) para la estructura sin control de respuesta, la energía de entrada a la estructura
durante el terremoto se distribuye a la amortiguación viscosa de la estructura, la
energía histérica de la estructura y la energía radiada al suelo. La Figura M.4 b)
indica que, para la estructura con control de respuesta, los amortiguadores sísmicos
absorben gran cantidad de energía, y la energía histérica causada por el daño de
los elementos estructurales se puede reducir de manera efectiva.
78
Los dispositivos de absorción de energía aumentan la amortiguación de las
estructuras por deformación plástica o resistencia viscosa de los dispositivos de
control pasivo. La respuesta de la estructura también se reduce en vibración de
masas adicionales o materiales líquidos. Los sistemas de control de respuesta
activa reducen la respuesta de la estructura causada por terremotos y vientos
utilizando sistemas controlados por computadora.
Los sistemas de control de respuesta se utilizan para reducir la respuesta del piso
y la deriva entre pisos. La reducción de la respuesta del piso puede garantizar la
seguridad sísmica, mejorar la habitabilidad, aliviar la ansiedad mental, proteger
muebles por vuelco, etc. La reducción de la deriva entre pisos puede disminuir la
cantidad de materiales de construcción, reducir el daño a elementos no
estructurales, aumentar la libertad de diseño, etc.
El diseño de los sistemas debe tener en cuenta las características mecánicas de los
aisladores o dispositivos adicionales, por ejemplo, amortiguadores histéricos, de
fricción e hidráulicos. El análisis dinámico es preferible para estos sistemas, ya que
la restauración de la fuerza característica de los dispositivos tiene mucha influencia
en la característica de las estructuras. Los modelos analíticos para materiales
desarrollados recientemente deben verificarse mediante experimentos. Además de
la carga sísmica, para los sistemas de control de respuesta sísmica (especialmente
para el sistema de aislamiento sísmico), también es necesario considerar las cargas
de viento para el diseño estructural para garantizar que el umbral antes del inicio
del comportamiento no lineal del sistema de control de respuesta sea mayor que el
diseño de carga de viento.
Dado que los sistemas pueden verse influenciados por el entorno, es necesario
tener en cuenta los efectos de envejecimiento, fluencia, fatiga, temperatura,
exposición a la humedad, etc.
79
Figura M.1 – Clasificación de sistemas de control de respuesta con
amortiguadores
80
a) Aislamiento
sísmico
b) Absorción de
energía
b) Tipo de masa
adicional
Llave:
1. Aislador
2. Disipador, amortiguador (o apagador)
3. Masa
4. Resorte
Figura M.2 - Ejemplo de sistema de control pasivo
81
Llave
a) respuesta de estructuras ordinarias
b) respuesta de estructuras controladas por respuesta [ver Figura M.2 b) y c)]
c) respuesta de estructuras sísmicas aisladas (aislador + amortiguador) [ver Figura
M.2 a)]
Figura M.3 - Efectos de los sistemas de control de respuesta en la respuesta
de estructuras
a) Sin control de respuesta por amortiguadores
82
b) Con control de respuesta por amortiguadores
Llave
Er energía absorbida normalizada
T tiempo (s)
a energía de entrada total durante el terremoto
b energía vibratoria de la estructura
c energía absorbida por amortiguadores sísmicos
d energía histérea de estructura
e energía absorbida por la amortiguación viscosa de la estructura
f energía radiada al suelo
Figura M.4 - Ejemplo de absorción de energía de la estructura SDOF con y
sin control de respuesta
83
Anexo N
(Informativo)
Construcción sin ingeniería
N.1 Varios tipos de construcción sin ingeniería
Muchas estructuras se construyen de manera espontánea e informal en varios
países de la manera tradicional, con poca o ninguna intervención de arquitectos y /
o ingenieros calificados, y a menudo se las denomina "no diseñadas". Algunos tipos
de construcción sin ingeniería son 1) mampostería no reforzada (piedra, ladrillo o
mampostería de bloques de hormigón), 2) mampostería confinada, 3) construcción
de madera, 4) construcción de tierra (adobe o tapial, es decir, tierra apisonada), etc.
Muchos de estos tipos de construcción no son satisfactorios para su uso en regiones
sísmicamente peligrosas. Algunos de estos tipos de construcción pueden ofrecer un
rendimiento sísmico satisfactorio dadas reglas simples sobre diseño básico,
materiales y conexiones. Limitación adecuada en el tamaño, la altura y el uso (clase
de consecuencia) de tales estructuras empíricamente diseñadas es esencial.
N.2 Características y vulnerabilidad específicas de la estructura no diseñada
N.2.1 Mampostería sin refuerzo
Las paredes de mampostería de este tipo consisten en ladrillos cocidos, bloques de
concreto sólido, bloques de concreto o mortero hueco, etc. Las principales
debilidades en la construcción de mampostería no reforzada son a) estructuras
pesadas y rígidas, que atraen grandes fuerzas de inercia sísmica, b) muy baja
resistencia a la tracción y al corte resistencia, particularmente con morteros de baja
calidad, c) comportamiento frágil tanto en tensión como en compresión, d)
conexiones débiles entre paredes, etc. Por lo tanto, el uso de barro o morteros muy
delgados no es adecuado.
N.2.2 Mampostería confinada
Este tipo consiste en paredes de mampostería de ladrillos de arcilla o unidades de
bloques de hormigón y horizontal y elementos verticales de hormigón armado que
84
confinan los paneles de pared de mampostería en los cuatro lados. Miembros
verticales se llaman "columnas de unión", y aunque se asemejan a columnas en
marco de hormigón armado (RC) construcción, son de sección transversal mucho
más pequeña. Elementos horizontales, llamados las "vigas de unión", se asemejan
a las vigas en la construcción del marco RC, pero también de una sección mucho
más pequeña. Debe entenderse que los elementos de confinamiento no son vigas
y columnas en la forma en que se utilizan en marcos RC. Por el contrario, funcionan
como uniones horizontales y verticales o bandas para resistir las tensiones de
tensión.
N.2.3 Construcción de madera.
La madera tiene una alta resistencia por unidad de peso. Las estructuras de madera
a menudo están conectadas con conectores de acero tipo clavija (clavos, tornillos y
pernos) que ofrecen cierta ductilidad. Esta combinación de baja densidad y
conexiones dúctiles hacen que la madera sea muy adecuada para estructuras
resistentes a terremotos. Sin embargo, los revestimientos pesados (incluyendo
paredes y techos) imponen cargas laterales altas cuando se colocan en un poste de
madera y una viga marco y puede cargar el marco más allá de su capacidad
estructural. Donde están los pequeños miembros de estructura de madera
combinado con revestimiento clavado de varios materiales para pisos, techos y
paredes, rendimiento sísmico ha tenido mucho éxito, y las reglas simples para
proporcionar cantidades adecuadas de muros cortantes / tirantes tienen probado
exitosamente en construcciones sin ingeniería. Por lo tanto, la construcción de
madera sin ingeniería es adecuado en aquellas áreas donde la madera todavía está
disponible en abundancia como recurso renovable.
N.2.4 Construcción de tierra.
Las paredes son los elementos estructurales básicos y se pueden clasificar como
a) adobe o bloques, b) tapiales o apisonados tierra, y c) armazones de madera o
malla de caña con barro. Este material tiene una clara ventaja de costos, estética,
acústica, aislamiento térmico y bajo consumo de energía, pero tiene algunas
desventajas, como ser débil bajo las fuerzas del terremoto y la acción del agua. Sin
85
embargo, la tecnología desarrollada hasta la fecha ha permitido cierta reducción de
sus desventajas. La construcción de tierra es, en general, espontánea y se
experimenta una gran dificultad en la difusión del conocimiento sobre su uso
adecuado.
N.3 Posible enfoque para mejorar la integridad estructural (robustez
estructural)
Ejemplos de posibles enfoques para prevenir fallas vulnerables específicas de la
construcción sin ingeniería son como sigue. Minimizar el costo adicional a la práctica
actual es esencial para todo el enfoque.
N.3.1 Mejora de materiales y componentes.
Uso de estabilizadores (cemento, cal, asfalto, etc.) para mejorar la resistencia y
durabilidad de la construcción de tierra, enriquecimiento de la proporción de la
mezcla de cemento y mejorar el tratamiento de curado para el concreto, bloques,
mejora de hornos para quemar ladrillos con mayor temperatura son las diversas
formas prácticas.
N.3.2 Conexiones entre componentes
Separación de paredes de mampostería en las esquinas, fallas en las juntas de los
miembros de confinamiento de RC (columnas y vigas) y marcos de madera (entre
poste, vigas, tirantes, etc.) son ejemplos típicos de estructuras críticas debilidades
Es necesario agregar conexiones para prevenir estas fallas.
N.3.3 Adición de refuerzos
Para algunas partes / componentes muy vulnerables, la adición de refuerzo es
efectiva. Ejemplos incluyen refuerzo / soportes para gabletes de mampostería, vigas
de dintel o alféizar en paredes de mampostería, refuerzo en el interior paredes de
ladrillo / adobe, mortero enlucido en paredes con malla, etc.
86
Anexo O
(Informativo)
Acciones de tsunami
O.1 General
Los tsunamis dañinos generalmente son causados por grandes terremotos en alta
mar con magnitudes de momento mayor que Mw7.5 que inducen compensaciones
verticales significativas en el fondo del mar. Los tsunamis pueden inundar regiones
costeras varias veces durante un evento. Porque las olas del tsunami tienen una
longitud de onda más larga y tienen muy baja amortiguación, pueden viajar grandes
distancias a través de los océanos y aún tener daños considerables energía
particularmente para costas con configuraciones de sitio desfavorables. También se
pueden generar tsunamis por un deslizamiento de tierra en el mar o lago, un colapso
de montaña, etc. Estructuras, que se encuentran en tierra en tsunami las áreas de
peligro y requeridas para resistir tsunamis, deben diseñarse contra acciones de
tsunami.
O.2 Principios de cálculo de acciones de tsunami
Las acciones de tsunami en las estructuras son las fuerzas de la ola de tsunami y
los impactos de escombros.
Las fuerzas de las olas de tsunami en las estructuras (ver Figura O.1) se pueden
calcular a partir de una inundación de tsunami profundidad h y una velocidad actual
de diseño v en un sitio basado en el método estocástico como fuerzas hidrostáticas
Fs o fuerzas hidrodinámicas FD tanto en dirección horizontal como vertical. Por
ejemplo, hidrostática la presión qz en dirección horizontal se evalúa como se
muestra en la Fórmula (O.1):
𝑞𝑧 = ρ 𝑔(𝑎ℎ − 𝑧)
dónde
g es la aceleración debida a la gravedad (m / s2);
87
ρ es la densidad del agua de mar (kg / m3);
a es el factor de profundidad del agua;
h es la altura de inundación de diseño (m);
z es la altura del edificio en el nivel en cuestión (m).
El factor de profundidad del agua a, depende de la distancia desde la línea costera
y puede ser de 1,5 a 3,0. Las fuerzas hidrostáticas Fs (N) se evalúan por la integral
de qz por la altura multiplicada por el ancho de la estructura.
Una fuerza hidrodinámica FD (N) en dirección horizontal se evalúa como Fórmula
(O.2):
1
𝐹𝐷 = ρ𝐶𝐷 𝑣 2 ℎ𝐵
2
dónde
CD es el factor de arrastre;
ρ es la densidad del agua de mar (kg / m3);
v es la velocidad actual de diseño (m / s);
h es la profundidad de inundación de diseño (m);
B es el ancho de una estructura (m).
88
Llave
1 estructura
2 dirección del tsunami
3 fuerza hidrostática en dirección horizontal
4 fuerza hidrostática en dirección vertical (flotabilidad)
un factor de profundidad del agua
h profundidad de inundación de diseño (m)
z altura del edificio en el nivel en cuestión (m)
qz presión hidrostática
ρ densidad del agua de mar (kg / m3)
g aceleración debido a la gravedad (m / s2)
Figura O.1 - Fuerza de ola de tsunami sobre una estructura
89
La fuerza de una ola de tsunami se evalúa como un arrastre o una diferencia de las
presiones de la ola de tsunami que actúan en ambos lados de paredes en una
estructura o la estructura misma.
El agua de la inundación del tsunami transporta varios escombros: árboles,
contenedores, vehículos, trenes, barcos, casas, maderas, muebles, etc. Las
estructuras deben diseñarse para evitar el colapso progresivo debido a los impactos
de escombros.
Las fuerzas de las olas de tsunami en las estructuras se pueden reducir según el
concepto de que se puede considerar que las presiones de las olas de tsunami no
actúan en las aberturas (ventanas, puertas, incluidos los pilotos, etc.) de las
estructuras debido a la falla de las aberturas. Sin embargo, se consideran las
fuerzas del tsunami en vidrios de aberturas equivalentes a la fuerza del vidrio.
También se consideran las fuerzas de tsunami en las paredes internas y las paredes
traseras de las estructuras.
Deben considerarse todas las direcciones de incidentes esperadas de tsunamis.
También se debe considerar el retro lavado (un flujo de agua hacia atrás) de los
tsunamis, así como el anaseismo (opuesto al retro lavado, un avance flujo de agua)
de tsunamis. El agua de mar se considera un fluido no compresible. La densidad ρ
del agua de mar puede considerarse 1,0 × 103 kg / m3. Cuando el agua de mar
contiene lodo, arenas y otros desechos, la densidad del agua de mar debe
determinarse adecuadamente.
Los daños por terremotos, licuefacción, rasguños alrededor de los cimientos,
embalse de escombros también son considerado.
90
Anexo P
(Informativo)
Influencias parasísmicas
Las técnicas de diseño y construcción sísmica son útiles cuando las estructuras
están sujetas a movimientos del suelo causados por fuentes distintas a los
terremotos. Tales acciones se llaman influencias para sísmicas en este documento.
Las fuentes de influencias para sísmicas se clasifican de la siguiente manera:
- explosiones subterráneas;
- golpes de la mía, sismicidad inducida (estallidos de rocas);
- explosiones sobre el suelo (por ejemplo, canteras);
- impactos y choques sobre el suelo (por ejemplo, pilotaje);
- vibraciones de tráfico transmitidas a través del suelo a estructuras (desde
autopistas de superficie, calles, líneas ferroviarias, ferrocarriles subterráneos);
- otras fuentes, como actividades industriales, máquinas.
Algunas pautas sobre el uso de las fórmulas (1), (2) o (3), (4) para estimar las
influencias para sísmicas son las siguientes:
- kZ, el factor de zonificación de peligro para sísmico puede tomarse de los mapas
de zonificación de peligro para sísmico, obtenido individualmente del monitoreo de
casos o mediciones directas;
- kE,u, kE,s, valores representativos de la intensidad del movimiento del suelo,
también se pueden obtener del monitoreo de casos o mediciones directas; Debe
tenerse en cuenta el hecho de que, en general, el período de retorno es muy corto
en comparación con los terremotos;
- kD, el factor de diseño estructural para reducir las fuerzas de diseño es aceptable
solo en casos excepcionales y el valor no debe ser inferior a 0,5;
91
- kR, el espectro de respuesta de diseño normalizado generalmente tendrá que
ajustarse a una forma algo diferente al usado para el diseño sísmico.
El espectro de respuesta respectivo debe construirse en base a una colección de la
superficie más fuerte registros de eventos para sísmicos, p. temblores mineros.
Debido a posibles cambios de alta frecuencia de para sísmicos efectos (a menudo
de 10 Hz a 40 Hz), las medidas de intensidad deben evitar valores máximos de
aceleración directa que dan sobreestimaciones de las intensidades. Los valores
máximos de la velocidad de partícula horizontal son los mejores parámetros para
cuantificar la intensidad de los efectos para sísmicos. Multi-componentes de
horizontal y vertical. las direcciones deben considerarse simultáneamente para
muchos casos, particularmente para fuentes cercanas de conmociones. En caso de
que los datos exactos no estén disponibles, se puede usar la Fórmula (E.2).
Bibliografía
[1] ISO 2394, General principles on reliability for structures
[2] ISO 23469, Bases for design of structures — Seismic actions for designing
geotechnical works
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