Estructura 3 1S2020: Clase 2 Sismología

De Casiopea


AsignaturaEstructura 3
Del CursoEstructura 3 - Primer Semestre 2020
NºS2
Fecha13/04/2020


Principios del Análisis y Diseño

1. Terremoto de El Centro - 18 de mayo de 1940

  • Fig.IIa

    Fig.IIa

  • Fig.IIb

    Fig.IIb

Desarrollo de la computación y de la dinámica de estructuras. Un grupo de ingenieros mecánicos que había trabajado en el diseño de reactores nucleares comenzó a trabajar en Berkeley en dinámica de estructuras aplicada al diseño sísmico de edificios

En Newmark, Universidad de Illinois, surge la teoría del espectro de respuesta, base del diseño sísmico basado en fuerzas laterales. Concepto predominante en la estructuración de edificios era dotar al edificio de resistencia a fuerzas laterales y de esa manera obtener una buena respuesta a un sismo. Idea que prevaleció durante el siglo XX.

1960 - Segunda Conferencia Mundial en Ingeniería Sísmica, WCEE, Japón

  • La resistencia a acciones laterales calculada con la dinámica era mucho mayor que la usada en el diseño de edificios que habían tenido en general un desempeño satisfactorio.
  • Corte Basal del análisis del orden del 60% v/s 10% de diseño.
  • Numerosos trabajos en análisis no lineal intentaron explicar este buen comportamiento.
  • Se dejaba atrás la idea de diseñar las estructuras para que permanecieran elásticas.
  • Veletsos, Newmark, Housner, Blume y Penzien hicieron ver que un ingreso moderado dentro del rango no lineal de respuesta no necesariamente produciría la falla.
Fig.IIc

Práctica actual

  • Fig.IId

    Fig.IId

  • Fig.IIe

    Fig.IIe

  • Fig.IIf

    Fig.IIf

  • Fig.IIg

    Fig.IIg

  • Muros v/s marcos
  • Fig.IIh

    Fig.IIh

  • Fig.IIi

    Fig.IIi

  • Fig.IIj

    Fig.IIj

  • Fig.IIk

    Fig.IIk

  • Fig.IIl

    Fig.IIl

Práctica chilena en el diseño de edificios de hormigón

  • La estructuración v/s análisis. Primero la estructuración, luego el análisis
  • El uso de muros y su combinación con marcos
  • La evolución en el tiempo de sus principales características
  • Fig.IIm

    Fig.IIm

  • Fig.IIn

    Fig.IIn

Edificio Torre A de Tajamar

  • Fig.IIo

    Fig.IIo

  • Fig.IIp

    Fig.IIp

Año de construcción 1964
Cálculo Estructural 1964
N° de Pisos 28
Altura 75 m
Tipología Estructural Muros de Rigidez
Densidad de muros 4.4 % longitudinal
2.7 % transversal
Muros en primer piso 10, 15, 30 y 45 cm
Período 1.7 seg transversal
1.1 seg longitudinal
1.9 seg rotacional

Edificio Torre A de Miramar

Nota: lo amarillo corresponde a vigas y lo azul corresponde a muros

  • Fig.IIq

    Fig.IIq

  • Fig.IIr

    Fig.IIr

Año de construcción 1973
Cálculo Estructural Mugli - Del Sol - Vogel
N° de Pisos 20
Tipología Estructural Muros de Rigidez
Densidad de muros 1.9 % longitudinal
2.5 % transversal
Muros en primer piso 40 cm
Período 1.1 seg transversal
1.1 seg longitudinal
1.3 seg rotacional

Ministerio de Justicia

  • Fig.IIs

    Fig.IIs

  • Fig.IIt

    Fig.IIt

Año de construcción 1979
Arquitecto Mario Perez de Arce
Cálculo Estructural Rivera - Lederer - Baeza
N° de Pisos 21
Altura 63.7 m
Tipología Estructural Marcos con muro circular en nucleo
Densidad de muros 2.0 % longitudinal
2.0% transversal
Muros en primer piso 20 y 50 cm
Columnas 50/120 cm en esquinas
35/50 cm en perímetro

Hotel Hyatt

  • Fig.IIu

    Fig.IIu

  • Fig.IIv

    Fig.IIv

Año de construcción 1989
Arquitecto Alemparte - Barreda
Cálculo Estructural Larraín, Ruiz y Saavedra
N° de Pisos 24
Altura 82.0 m
Tipología Estructural Marcos circulares con muros radiales
Densidad de muros 3.0 % longitudinal
3.0% transversal
Muros en primer piso 50 cm en cuerpo principal
20 y 25 cm en cuerpo secundario
Columnas 70/70 cm

Edificio Centenario

  • Fig.IIw

    Fig.IIw

  • Fig.IIx

    Fig.IIx

Año de construcción 1998
Arquitecto Alemparte - Barreda
Cálculo Estructural Lagos, Contreras y Asoc.
N° de Pisos 31
Altura 112.0 m
Tipología Estructural Marcos con muros en caja de escaleras
Densidad de muros 2.9 % longitudinal
2.2% transversal
Muros en primer piso 50, 60 y 70 cm
Columnas 110/110 cm y 110/84 cm

Edificio Marina Centro

  • Fig.IIy

    Fig.IIy

  • Fig.IIz

    Fig.IIz

Año de construcción 1998
Arquitecto Luis Alberto Darraidou - Rodrigo Larraín
Cálculo Estructural Patricio Bonelli
N° de Pisos 18
Altura 50.4 m
Tipología Estructural Muros y Marcos en pisos inferiores, sólo muros a partir de piso 6
Densidad de muros 4.9 %
Muros en primer piso 20 y 30 cm

Edificio Santiago 2000

  • Fig.IIaa

    Fig.IIaa

  • Fig.IIab

    Fig.IIab

Año de construcción 1989
Arquitecto Mario Paredes y Asociados
Cálculo Estructural Larraín, Ruiz y Saavedra
N° de Pisos 24
Altura 89.2 m
Tipología Estructural Marcos con muros en caja de escaleras y en deslindes
Densidad de muros 2.7 % longitudinal
1.0% transversal
Muros en primer piso 50 cm principales y 30 cm perimetrales
Columnas 70/70 cm

Plantas y daños típicos en edificios chilenos

  • Planta típica de edificios habitacionales estructurados con muros, que sufrieron daños en 2010 en Chile
  • Fig.IIac:Planta típica 1

    Fig.IIac:Planta típica 1

  • Fig.IIad: Daño típico 1

    Fig.IIad: Daño típico 1

  • Fig.IIae: Planta típica 2

    Fig.IIae: Planta típica 2

  • Fig.IIaf: Daño típico 2

    Fig.IIaf: Daño típico 2

Evolución

Fig.IIag: Evolución de tipologías
Fig.IIah: Evolución de densidad de muros

Práctica actual DS 60 y 61

Fig.IIai

Comportamiennto de una estructura frágil. Alcanza un punto máximo de deformación sin sufrir daño, pero un poco más de deformación le produce daño severo o colapso

Fig.IIak

Cronología Histórica de Normativas Chilenas - Fechas Relevantes

  • 1928 Sismo de Talca. Se envía proyecto de ley para reglamentar el diseño sísmico de las construcciones y la forma de aprobar los proyectos de edificación.
  • 1935 Ordenanza General de Construcciones y Urbanización.
  • 1939 Terremoto de Chillan. 1era aproximación a una normativa de diseño sísmico de edificios, por el Ing. Civil Ibáñez Valenzuela.
  • 1940 Se obtiene el primer registro de aceleraciones de un evento sísmico severo en El Centro, California.
  • 1955-60 Nace el concepto de Espectro de Respuesta Sísmica.
    • Se desarrolla el Método de los Elementos Finitos (USA)
  • 1956 Primera Conferencia Mundial de Ingeniería Antisísmica, en San Francisco, California.
  • 1959 Comisión en INDITECNOR (posteriormente INN), para elaborar una norma de Diseño Antisísmico.
  • 1963 Primeras Jornadas ACHISINA, en Santiago de Chile.
  • 1969 4ta Conferencia Mundial en Ingeniería Antisísmica en Santiago de Chile.
  • 1972 Primera versión de la norma NCh 433 Diseño Sísmico de Edificios.
  • 1985 Primeros registros de un evento sísmico de gran severidad en Chile.
  • 1993 NCh433.Of93.
  • 1996 Se modifica el espectro y clasificaciones de suelo de la versión de la norma NCh433.Of93.
  • 2003 Ley Nº 19.748 de revisión estructural.
    • Se oficializan la primera versión de la norma NCh 2369, Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones (Industriales). Y la primera versión de la norma NCh 2745, Análisis y Diseño Sísmico de Edificios con Aislación Sísmica.
  • 2009 Se modifica la norma NCh 433-1996. Diseño Sísmico de Edificios. (NCh 433-1996, Mod. 2009).
  • 2010 Nueva modificación NCh 433-1996, Mod. 2009, DS117.
  • 2011 DS 61 Modifica el DS 117.

Ingeniería Estructural en Chile

Inicio de la ingeniería estructural en Chile

Fig.IIal

Desde los primeros tiempos en los países líderes sobre esta materia, Japón y USA, se planteó ya la discusión sobre cual es la configuración estructural mas adecuada para resistir las fuerzas sísmicas: estructuras flexibles o rígidas. Se tiene así planteado el dilema de enfrentar la acción sísmica según dos esquemas diferentes, sistema rígido (resistencia de muros) y sistema flexible (resistencia y ductilidad de marco rígidos).

Tipos de estructuración

La estructuración tiene dos objetivos:

  • Asegurar capacidad de deformación y ductilidad
  • Evitar fallas frágiles

En base a muros

Fig.IIam: Estructuración en base a muros

En base a marcos

  • Fig.IIan

    Fig.IIan

  • Fig.IIao

    Fig.IIao

Fig.ap
  • Fig.IIaq: En planta

    Fig.IIaq: En planta

  • Fig.IIar: En elevación

    Fig.IIar: En elevación


Práctica actual/Futuro

  • Aislación Sísmica y Disipación: Probados
  • Diseño por capacidad: Simple y Conceptual
  • Diseño por desempeño: Modelos refinados

Estado actual del Conocimiento

Análisis de un edificio con marcos de acero

  • Fig.IIas

    Fig.IIas

  • Fig.IIat

    Fig.IIat

Ensayo a escala natural K.Kasai, TokyoTech

  • 15x20 m3DOF E-Defense Mesa de vibrar - Japón
  • Participaron 52 equipos
  • Los 3 mejores, investigadores e ingenieros, coeficiente de variación > 85%

Análisis de una columna de hormigón armado

  • Fig.IIau

    Fig.IIau

  • Fig.IIav

    Fig.IIav

Ensayo a escala natural de una columna circular 1DO Jose Restrepo, PI (PEER, Caltrans, UNR, FHWA, NEES@UCSD, NEEScomm & NSF)

Análisis de un muro ensayado en PEER, ejemplo RW2

  • Fig.IIaw

    Fig.IIaw

  • Fig.IIax

    Fig.IIax

  • Fig.IIay: Resultados

    Fig.IIay: Resultados

Ensayo en San Diego UCSD 7-pisos

Fig.IIaz

Ensayo en mesa de vibrar en UCSD �cuatro niveles de terremotos en secuencia

Fig.IIba

Última tecnología: Aislación sísmica

Lo que produce daño es la deformación diferencial (entre la base y la cubierta), no la deformación per se

  • Fig.IIbb

    Fig.IIbb

  • Fig.IIbc

    Fig.IIbc

  • Fig.IIbd

    Fig.IIbd

  • Fig.IIbe

    Fig.IIbe

  • Fig.IIbf

    Fig.IIbf

  • Fig.IIbg

    Fig.IIbg

  • Fig.IIbh

    Fig.IIbh

  • Fig.IIbi

    Fig.IIbi

  • Fig.IIbj

    Fig.IIbj

  • Fig.IIbk

    Fig.IIbk

Conclusiones

  • Las estructuras actuales son la evolución del uso de muros de albañilería.
  • Resistencia admisible al corte generaba muros de gran espesor.
  • La introducción del ACI hace que los diseños generen muros delgados.
  • Nuestra capacidad de simular numéricamente la respuesta de la estructura es limitada.
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