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REHABILITACION DE EDIFICIOSREHABILITACION DE EDIFICIOSDAÑADOS POR SISMOSDAÑADOS POR SISMOS

SEMINARIOSEMINARIO

Por : Enrique Martínez Romero

Sistemas Innovativos de Protección Sísmica deEstructuras Existentes y Estructuras Nuevas:

Una visión de aplicación práctica

27 Y 28 DE MAYO DEL 2003

CONFERENCIA I

TORRE MAYOR

VIENTO VIENTO vsvs SISMO SISMO- Un contraste en sus enfoques de diseño -- Un contraste en sus enfoques de diseño -

• La estructura permanece esencialmente elástica, cuando se ve sometida a cargas de viento (factorizadas)• En caso de recibir fuerzas sísmicas de diseño (factorizadas), la estructura se ve sometida a deformaciones que incursionan en su rango de respuesta inelástica, lo cual ocurre en virtud de que las fuerzas sísmicas que se utilizan en el diseño, se dividen por un factor (Q; R; etc.), de respuesta sísmica del sistema estructural empleado.

• La diferencia entre los dos enfoques es puramente económica para lograr costos de construcción competitivos• Las normas de diseño sísmico proporcionan los requisitos mínimos de seguridad estructural, para salvaguardar la vida y bienes de los usuarios ante temblores intensos.• Cada país y cada región se rigen por normas particulares, que se adaptan a la sismicidad regional y a los tipos y prácticas de construcción locales.

• Las normas AISC para construcción en acero, han establecido unas “provisiones” para el diseño sísmico de edificios metálicos, que son en general aceptables en América del Norte, aunque Canadá y México tienen sus propios reglamentos, tan estrictos y completos como el AISC.• El NEHRP, ha emitido recomendaciones sísmicas que pudieran tener una penetración mayor a nivel internacional.

• Por lo general las normas recomiendan determinados sistemas estructurales para distintas intensidades sísmicas y pretenden evitar los colapsos de las edificaciones, mas no garantizan limitar el daño por sismo para mantener su operabilidad, ni para permitir su reparación económica. Es decir, se enfocan fundamentalmente en proteger la vida de sus ocupantes.

• Existen sin embargo enfoques de diseño sísmico específicos en los cuales se tiende a garantizar un determinado desempeño de las edificaciones durante sismos intensos, que desde luego están íntimamente relacionados con su economía. Tal es el caso del enfoque llamado “diseño por niveles de desempeño”.

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• Por razones únicamente económicas, y para permitir la construcción de edificaciones dentro de márgenes razonables de costo, la mayoría de los Reglamentos se basan en la hipótesis de que durante un sismo intenso, se presentará en la estructura una cantidad importante de comportamiento inelástico.

• Consecuentemente, las fuerzas de diseño que establecen, son significativamente mas reducidas que las que en realidad suelen presentarse durante un sismo intenso, en el caso que se deseara que la estructura permaneciera elástica durante el temblor.• En el caso de que la estructura se someta a las fuerzas originadas por el viento, se pretende que la misma permanezca elástica.

• Los Reglamentos de diseño sísmico contienen una serie de requisitos que permiten a las estructuras desempeñarse dentro de su rango inelástico sin pérdida de estabilidad, disipando energía histeréticamente; esto es, mediante incursiones frecuentes de sus materiales, dentro de sus rangos de deformaciones inelásticas.

• Ductilidad es la propiedad de un material para sobrellevar grandes deformaciones inelásticas, sin pérdida de su resistencia y sin fractura.• La ductilidad de un sistema estructural es entonces la capacidad de resistir sin falla, fuerzas que excedan su resistencia elástica, imponiendo a sus componentes y a sus uniones, substanciales deformaciones inelásticas, catalogadas como sus “reservas de resistencia”.

• En casi todos los edificios diseñados según los actuales reglamentos, su sobrevivencia a los temblores intensos depende directamente de la habilidad de sus sistemas estructurales de disipar histeréticamente por trabajo inelástico la energía absorbida durante el sismo, o de su “ductilidad”.

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Curva Fuerza-deformación en un Edificio

• Se define como “Primer nivel de fluencia” al nivel de deformación que origina la plastificación completa de por lo menos la región más crítica de la estructura; es decir, por ejemplo, la formación de la primera articulación plástica.• El continuar incrementando la carga, por encima de este nivel, originará la formación subsecuente de otras articulaciones plásticas en la estructura y su incremento en su capacidad de carga, hasta llegar a su nivel máximo de resistencia, que se denomina “Resistencia máxima de fluencia”.

• La capacidad de sobreresistencia en esta acción inelástica, proporciona la reserva de resistencia necesaria para resistir la Fuerzas sísmicas reales.• Por lo tanto, la sobreresistencia estructural es consecuencia de:

- La formación secuencial de articulaciones plásticas en una estructura redundante, detallada adecuadamente.- La sobreresistencia del material es por ejemplo, la del acero ASTM A-36, que es 30 a 40% mayor que su resistencia mínima nominal.

- El factor de reducción de la resistencia usado en el diseño depende de la incertidumbre de la ejecución y manufactura de la estructura.- La sobreresistencia se adquiere también en el diseño, al seleccionar un material laminado ligeramente

mayor al requerido teóricamente.- Los diseños controlados por deformaciones laterales limitadas a un cierto valor, tienen mayores resistencias.

• El acero estructural es el material más dúctil y mas comúnmente empleado por los ingenieros, en la construcción.• Sin embargo se deben tener cuidados especiales en su utilización, para garantizar su comportamiento dúctil en una estructura.• Para lograr lo anterior, el diseñador debe reconocer y tratar de evitar ciertas condiciones que pueden conducir a fracturas frágiles, y adoptar estrategias de diseño que permitan la deformación de mecanismos estables y confiables de disipación de energía histerética.

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• Luego entonces, no es tan confiable depender de la ductilidad de un sistema estructural!!!.• Conviene buscar otra fuente de disipación de energía…• Es por ello que el enfoque innovativo de disipación pasiva de energía, está teniendo cada vez mayor aceptación.

“INTRODUCCIÓN”“INTRODUCCIÓN”(DISIPACIÓN PASIVA DE(DISIPACIÓN PASIVA DE

ENERGÍA)ENERGÍA)

EL ENFOQUE TRADICIONAL DEL DISEÑOSISMORESISTENTE SE HA BASADO EN PROVEERUNA COMBINACION DE RESISTENCIA YDUCTILIDAD PARA RESISTIR LAS CARGASIMPUESTAS.

ASI, EL INGENIERO EN ESTRUCTURAS SE APOYA ENLA DUCTILIDAD INHERENTE DE LOS SISTEMASESTRUCTURALES DETALLADOS Y CONSTRUIDOSCONCIENTEMENTE, PARA EVITAR FALLASCATASTROFICAS, AUNQUE PERMITIENDO CIERTOGRADO DE DAÑOS ESTRUCTURALES Y NOESTRUCTURALES.

ALGUNOS DE ESTOS INNOVADORES CONCEPTOS,AUN VIVEN SU DESARROLLO TECNOLOGICO, ENTANTO QUE OTROS COMO EL DE LA “DISIPACIONPASIVA DE ENERGIA”, ESTAN DANDO YARESULTADOS MUY SATISFACTORIOS.

EL PROPOSITO BASICO DE LA INCORPORACIONDE DISPOSITIVOS DE DISIPACION PASIVA DEENERGIA EN UNA ESTRUCTURA, ES EL DEABSORBER O CONSUMIR UNA PORCIONIMPORTANTE DE LA ENERGIA SISMICA,REDUCIENDO ASI LAS DEMANDAS DE DISIPACIONDE ENERGIA POR DUCTILIDAD EN LOSMIEMBROS ESTRUCTURALES PRINCIPALES, YMINIMIZAR ASI SU POSIBLE DAÑO ESTRUCTURALY DEGRADACION DE RESISTENCIA.

A ESTE CONCEPTO DE DISIPACION PASIVA DE ENERGIA,TAMBIEN SE LE CONOCE COMO AMORTIGUAMIENTOSISMICO SUPLEMENTARIO, Y SE EMPLEÓ EN LAREHABILITACION POST-SISMICA DEL EDIFICIO CAD ENBOGOTÁ, COLOMBIA.

EI = EK + ES + EA + ED

DONDE:

EI = ENERGIA DE INGRESO POR EL TEMBLOR

EK = ENERGIA CINETICA

ES = ENERGIA DE DEFORMACION ELASTICA

EA = ENERGIA DE AMORTIGUAMIENTO

ED = ENERGIA POR DEF. INELASTICA O DUCTILIDAD

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ENFOQUE TRADICIONAL:

EI = EK + ES + EA + EDENFOQUE NUEVO:

EI = EK + ES + EA + ED

EL AMORTIGUAMIENTO INTERNO (INHERENTE) DELOS EDIFICIOS, OSCILA ENTRE UN 1% Y 5% DELAMORTIGUAMIENTO CRITICO.

SE TRATA PUES DE INCREMENTAR ESTEAMORTIGUAMIENTO INTERNO, MEDIANTE LAINCORPORACION DE AMORTIGUADORESSUPLEMENTARIOS EN LA ESTRUCTURA, ENLUGARES ESTRATEGICOS, COORDINADAMENTECON EL ARQUITECTO Y EL PROPIETARIO DELEDIFICIO.

EL PROCESO DE REHABILITACION POST-SISMICASE INICIA CON LA RECOPILACION DE LOSDOCUMENTOS ORIGINALES CON LOS CUALES SECONSTRUYO EL EDIFICIO; ES DECIR, LOS PLANOSESTRUCTURALES, DE CIMENTACIONES YARQUITECTONICOS, LOS ESTUDIOS DE MECANICADE SUELOS Y LAS MEMORIAS DE CALCULO.

PROCESO DE REHABILITACION POST-SISMICA

RECOPILACION DE DOCUMENTOSORIGINALES DE CONSTRUCCION

EVALUACION FISICA DEL EDIFICIO

MUESTREOS,ENSAYES,PLOMEOS,

LEVANTAMIENTOS,

ALTERNATIVAS DEREHABILITACION

ARQUITECTONICO FUNCIONAL ESTRUCTURAL

JUICIO ECONOMICO

EJECUCION

OBTENCION DE LICENCIAS

SUPERVISION

LIC. USO Y OPERACION

MONITOREO

SI

VIABLE

NO

Figura No. 1

¿EN QUE FORMA SE MITIGAN LAS FUERZASSISMICAS MEDIANTE EL AMORTIGUAMIENTO?….

TIPOS DE AMORTIGUADORES SISMICOS MASCOMUNES:

ADASADAS

TAYLORTAYLOR

3M3M

FRICCIÓNFRICCIÓN

TRABAJO HISTERETICO DE PLACASMETALICAS

AMORTIGUAMIENTO POR FLUIDOVISCOSO

MATERIAL ELASTOMERICO

FRICCION ENTRE PLACAS

FACTORES QUE INFLUYEN PARA LA COLOCACIÓNFACTORES QUE INFLUYEN PARA LA COLOCACIÓNOPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍAOPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍA

- CARACTERISTICAS DE LA ESTRUCTURA

- TIPO DE ESTRUCTURA

- ALTURA TOTAL

- ALTURAS DE ENTREPISO

- ARQUITECTURA

- DISPONIBILIDAD DE ESPACIO PARA LA

COLOCACIÓN DE LOS MISMOS

- FACHADAS

- CARACTERISTICAS DEL SITIO

- INVESTIGACIÓN GEOTÉCNICA PARA CARACTERIZAR EL TIPO DE SUELO Y ZONIFICACIÓN SÍSMICA

- INVESTIGACIÓN GEOSÍSMICA PARA DEFINIR:

- ESPECTROS DE SITIO

- ESPECTROS DE DISEÑO

- ACELEROGRAMAS

- ACCIONES ESTÁTICAS Y

DINÁMICAS DEL VIENTO

...............FACTORES QUE INFLUYEN PARA LAFACTORES QUE INFLUYEN PARA LA

COLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍA

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...............FACTORES QUE INFLUYEN PARA LAFACTORES QUE INFLUYEN PARA LACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍA

- CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

- RIGIDEZ GLOBAL

- RIGIDEZ DE ENTREPISO

- MODOS DE VIBRAR

- PERIODO FUNDAMENTAL

- DESPLAZAMIENTOS

- DISTORSIONES

- VELOCIDADES

- MASAS

- COLOCACIÓN DE ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

...............FACTORES QUE INFLUYEN PARA LAFACTORES QUE INFLUYEN PARA LACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍA

-SELECCIÓN DEL TIPO DE DISPOSITIVODISIPADOR DE ENERGÍA A COLOCAR

- ADAS

- VISCOSO (TIPO TAYLOR)

- VISCOELÁSTICO (3M)

- FRICCIÓN

...............FACTORES QUE INFLUYEN PARA LAFACTORES QUE INFLUYEN PARA LACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DECOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE

ENERGÍAENERGÍA

- METODOLOGÍA PROPUESTA

- RECOMENDACIÓN DE LOS PROFESORES

M. TSUJI Y T. NAKAMURA DE LAUNIVERSIDAD DE KYOTO, JAPÓN SOBRE EL USOÓPTIMO DE AMORTIGUADORES VISCOSOS PARALA REHABILITACIÓN DE EDIFICIOS.

INVOLUCRA LAS CARACTERÍSTICAS DINÁMICASDEL EDIFICIO COMO SON:

- CONFIGURACIONES MODALES

- MAGNITUD DEL CORTANTE BASAL

...............FACTORES QUE INFLUYEN PARA LAFACTORES QUE INFLUYEN PARA LA

COLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍACOLOCACIÓN OPTIMA DE DISIPADORES DE ENERGÍA

- CONSTANTE DE AMORTIGUAMIENTO

- EXPONENTE ALPHA DE LA VELOCIDAD

- MATRIZ DE MASAS

- MATRIZ DE RIGIDEZ

- TIPO DE EXCITACIÓN

- RECOMENDACIONES ADICIONALES

- FEMA - 273 ( FEDERAL EMERGENCY

MANAGEMENT AGENCY

- ATC-40 (APPLIED TECHNOLOGY

COUNCIL )

CUATRO CASOS DE REHABILITACION POST-SISMICA DE EDIFICIOS, CON DISIPADORESPASIVOS DE ENERGIA:

EDIFICIO SEDE DE OFICINAS DEL IMSS ENEDIFICIO SEDE DE OFICINAS DEL IMSS ENPASEO DE LA REFORMA No. 476PASEO DE LA REFORMA No. 476

HOSPITAL DE CARDIOLOGIA, CENTROHOSPITAL DE CARDIOLOGIA, CENTROMEDICO SIGLO XXI, DEL IMSS(1992)(1994)MEDICO SIGLO XXI, DEL IMSS(1992)(1994)

EDIFICIO EN JOSE MA. IZAZAGA #38-40 (1990)EDIFICIO EN JOSE MA. IZAZAGA #38-40 (1990)

EDIFICIO DEL CAD, EN BOGOTA, COLOMBIAEDIFICIO DEL CAD, EN BOGOTA, COLOMBIA(PROYECTO TERMINADO EN 2001 Y(PROYECTO TERMINADO EN 2001 YPENDIENTE DE CONSTRUIR)PENDIENTE DE CONSTRUIR)

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4)

LOS TRES PRIMEROS CASOS SETRATAN CON DETALLE EN LAPUBLICACION EARTHQUAKEEARTHQUAKESPECTRASPECTRA VOLUMEN 9, No. 3, AUGUST1993, CAPITULO 10, Y TAMBIEN EN ELLIBRO PASSIVE ENERGY DISSIPATIONPASSIVE ENERGY DISSIPATIONSYSTEMS IN STRUCTURALSYSTEMS IN STRUCTURALENGINEERINGENGINEERING, DE LOS DOCTORES T.T. SOONG Y G.F. DARGUSH (S.U.N.Y.,BUFFALO), WILEY.

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CONTINUAREMOS DESPUES DE UNRECESO CON LA SIGUIENTE

CONFERENCIA, DONDETRATAREMOS LOS CUATRO CASOS

ANTERIORES

MUCHAS GRACIAS!!!