DISEO SSMICO DE

EDIFICACIONES PARA

ARQUITECTOS Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO

PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia

PROFESOR VISITANTE ULEAM-Ecuador

PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN, CEIM

PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

DAOS ESTRUCTURALES EN

EDIFICACIONES Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO

PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia PROFESOR VISITANTE ULEAM-Ecuador PROFESOR EXTRAORDINARIO UPAO

PROFESOR PRINCIPAL UPC, USMP, UPN, CEIM PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

...a las personas no los mata el sismo, sino los edificios

Kliachko M.A.

MAPA SISMICO DEL PERU

ACTIVIDAD SISMICA EN EL PERU

ENTRE 1960-1995

SISMO DE CHIMBOTE

31 DE MAYO DE 1970

EPICENTRO

SUELOS EXPANSIVOS

PLAZA DE ARMAS DE YUNGAY DESPUES

DEL SISMO

SISMO DE NAZCA

12 DE NOVIEMBRE DE 1996

MAPA DE INTENSIDADES

900 REPLICAS

PROBLEMAS EN JUNTAS

SISMO DE OCOA

23 DE JUNIO DEL 2001

REPLICAS AL 25 DE JUNIO DEL 2001

REPLICAS AL 27 DE JUNIO DEL 2001

REPLICAS AL 10 DE JULIO DEL 2001

COLUMNA CORTA

SISMO DE PISCO

15 DE AGOSTO DEL 2007

EVALUACION

DEL MINISTERIO

DE TRABAJO

POSIBLE FORMACION DE ROTULAS

PLASTICAS EN VIGAS

PROBLEMAS EN JUNTAS

SISMO DE ALASKA

27 DE MARZO DE 1964

EDIFICIO DE LA CALLE L

ROTULAS PLASTICAS EN LAS COLUMNAS

SISMO DE CARACAS

29 DE JULIO DE 1967

CONCENTRACION DE ESFUERZOS EN LAS

COLUMNAS DEBIDO AL CAMBIO DE RIGIDEZ EN EL

3ER PISO

DERRUMBE DE LOS 4 ULTIMOS PISOS DEL

EDIFICIO MANSION CHARAIMA(11 PISOS)

FALLA EN CONEXION VIGA COLUMNA

PISO BLANDO

SISMO DE MEXICO

19 DE SETIEMBRE DE 1985

CONFIGURACION EN L

CENTRAL DE TELECOMUNICACIONES

Hotel de Co Ao , 6 pisos

SISMO DE KOBE

17 DE ENERO DE 1995

FALLA EN PROFUNDIDAD DE

DESPLANTE DE CIMENTACIN

KOBE DESPUES DEL SISMO DEL 17 DE ENERO DE 1995 Y

EN EL 2003

RELACION DE CAUSAS Analizando las causas de fallas en estructuras

de edificios se puede ver que se distribuye as:

- Deficiencias en proyecto 42%

- Deficiencias en ejecucin 28%

- Deficiencias de los materiales 15%

- Fallas en el servicio (uso) 10%

- Otras causas 5%

Es el armazn que le da

forma a un edificio

(Esqueleto)

Sostiene a un edificio, lo

fija al suelo y hace que

las cargas se

transmitan a ste

Lo que hace resistente a

una edificacin ante

movimientos ssmicos

CRITERIOS ESTRUCTURALES Y

GEOTECNICOS EN EDIFICACIONES

ARQUITECTURA

ESTRUCTURACIN

PRE-DIMENSIONAMIENTO

METRADO CARGA VERTICAL

100%CM+100%CV

METRADO CARGA LATERAL (SISMO)

100%CM+___%CV

NORMA DISEO SSMICO

MODELACIN 1 MODELACIN 2

ANLISIS POR CARGA VERTICAL

CONTROL 1 , 2

ANLISIS POR CARGA LATERAL

CONTROL 3 Ok Ok No

DISEO ESTRUCTURAL

No

Controles por carga vertical

E030 2006

PERFIL SUELO qa (kg/cm2)

S1 RIGIDO >3

S2 INTERMEDIO 1.2 3

S3 FLEXIBLE

E030 2014

S0 ROCA DURA >6

S1 MUY RIGIDO 3 6

S2 INTERMEDIO 1.2 3

S3 FLEXIBLE

1) Capacidad Portante: Resistencia del terreno

2) Asentamiento

2.1) Asentamiento tolerable: Consecuencia del proceso

constructivo (cohesin molecular del suelo)

E030 - 2006

PERFIL SUELO St (cm) C1 kg/cm3

S1 Rgido

S2 Intermedio 0.5 1 3 6

S3 Flexible 1 1.5

E030 2014

S0 Roca 0

S1 Rgido 6 12

S2 Intermedio 0.5 1 3 6

S3 Flexible 1 1.5

2.2) Asentamiento diferencial: Es la diferencia que se

produce entre las zapatas en relacin una con otra.

Evitar prdida de

estabilidad de la

superestructura

Control por carga lateral (sismo) Control de desplazamiento lateral o control de deriva

(drift)

-Se procede a

realizar las

combinaciones

de cargas segn

E060

-Si no cumple,

es un Edificio

Flexible, por lo

tanto se debe

reforzar.

Evitar

perdida de

estabilidad

62

4

3

2

1

H4

H3

H2

H1

i-1

Hi

i-1 i-i-1 i-i-1

Hi

F4

F3

F2

F1

REQUISITOS

PARA MUROS

CONFINADOS

SEGN

NORMA E070

PREDIMENSIONAMIENTO

DE ELEMENTOS

ESTRUCTURALES

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PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

LOSAS ALIGERADAS:

El peralte de las losas aligeradas podrn ser dimensionadas considerando el siguiente criterio:

H=Ln/25

Siendo:

Ln longitud del lado menor

H = altura o espesor total de la losa aligerada y

por tanto incluye los 5cm de losa superior y el

espesor del ladrillo de techo. Los ladrillos sern

de 12, 15, 20 y 25cm respectivamente

El Arquitecto y el Ingeniero Civil debern tener

en cuenta la determinacin de la altura de piso

a piso, el espesor anteriormente indicado y la

consideracin de 5cm adicionales para el

denominado piso terminado

LOSAS MACIZAS:

Las losas macizas pueden ser dimensionadas en forma aproximada, considerando:

Hmaciza = Haligerada 5cm

Tambin se puede aplicar el siguiente criterio:

H=L/40

Siendo:

L longitud del lado mayor

PREDIMENSIONAMIENTO DE

VIGAS

Las vigas se dimensionan generalmente considerando un peralte del orden de 1/10 a 1/12 de la luz libre. Debe aclararse que esta altura incluye el espesor de la losa del techo o piso

El ancho es variable de 1/2 a 2/3 veces su altura, teniendo en cuenta un ancho mnimo de 25cm, con la finalidad de evitar el congestionamiento del acero y presencia de cangrejeras

PREDIMENSIONAMIENTO DE

COLUMNAS

Las columnas al ser sometidas a cargas

axiales y momento flector, tienen que ser

dimensionadas considerando los dos efectos

simultneamente, tratando de evaluar cual de

los dos es el que gobierna en forma ms

influyente en dimensionamiento

En base a todo lo indicado se puede

recomendar el siguiente criterio de

dimensionamiento:

1) COLUMNAS CENTRADAS :

rea de columna = P (servicio) / 0,45fc

2) COLUMNAS EXCENTRICAS Y ESQUINADAS :

rea de columna = P (servicio) / 0,35fc

Siendo:

P(servicio) = P . A . N

Edificios categora A (ver E030) P = 1500 kg/m2

Edificios categora B (ver E030) P = 1250 kg/m2

Edificios categora C (ver E030) P = 1000 kg/m2

A rea tributaria

N nmero de pisos

METODO PRACTICO 1

TIPO 1 : lado = H/8

TIPO 2 : lado = H/10

TIPO 3 : lado = H/9

Donde: H = altura

del piso

METODO PRACTICO 2

El lado de la columna debe ser entre el 80% y 90% del

peralte de la viga

PREDIMENSIONAMIENTO DE PLACAS

Es difcil poder fijar un dimensionamiento para las placas

puesto que, como su principal funcin es absorber las

fuerzas de sismo, mientras ms importantes sean, tomarn

un mayor porcentaje del cortante ssmico total, aliviando

ms a los prticos.

Las placas pueden hacerse mnimo de 10cm de espesor

(muros de ductilidad limitada), pero generalmente se

consideran de 20, 25 o 30cm conforme aumentemos el

numero de pisos o disminuyamos su densidad

PROYECTO DE NORMA DE DISEO SISMO-RESISTENTE E030

Dr. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH-Bolivia

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CRITERIOS DE MODELACION

ESTRUCTURAL

1) DIAGRAMA RIGIDO LA LOSA TRABAJA COMO UNA PLACA HORIZONTAL DONDE EL

MOVIMIENTO DE CADA NUDO DEPENDERA DEL MOVIMIENTO

DEL CENTRO DE MASA

SAP 2000 DIAFRAGMA CONTRAIDO

CM2

CM1

CG

CM Debe alinearse lo mas cercano posible

(evitar daos en los elementos de corte por

torsin diferente en cada piso)

2) BRAZO RIGIDO VIGA - COLUMNA

INICIO c/2

FINAL d/2

FACTOR 1

COLUMNA - ZAPATA

INICIO z/2

FINAL 0

FACTOR 1

RESTRICCIONES CINEMTICAS

Irregularidades en altura (Tabla N 8)

88

89

Irregularidades en planta (Tabla N 9)

Junta Ssmica (Art. 5.3)

Distancia mnima que separa a dos estructuras para evitar el contacto durante un sismo.

La distancia no ser menor a 2/3 de la suma de los desplazamientos mxima en los bloques adyacentes:

Junta Ssmica

Fuerza Ssmica de Diseo (Art. 5.4)

Fuerza Ssmica de Diseo (Art. 5.4)

Si un muro o prtico absorbe > 30% Vtotal ser diseado con un

25% adicional

EDIFICACIONES CON

DISIPADORES DE

ENERGIA DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia

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PREMIO NACIONAL ANR 2006, 2007, 2008

VENTAJAS DE UTILIZAR LOS DISIPADORES DE ENERGA

VENTAJAS

TCNICAS

VENTAJAS

FUNCIONALES

VENTAJAS

ECONMICAS

Reducen los desplazamientos de la

estructura.

Disipan entre un 20% y 40% la energa

ssmica.

Reducen fuerzas de diseo ssmico .

Ideales para aplicaciones en

edificios nuevos y

tambin para

reforzamientos.

Estticos.

Fcil montaje e instalacin.

Retornan a su posicin inicial luego de un

sismo severo.

Calibracin post sismo.

Permiten reducir volumen de concreto y

acero con menores

espesores de placas,

columnas y vigas.

Disminuyen daos en equipamiento y

elementos

no estructurales.

EDIFICIO REDUCTO

PREMIO NACIONAL

ANR 2008

SISTEMAS CON DISIPADORES DE ENERGA

Disipadores de energa

Dependientes del

desplazamiento

Dependientes de

la velocidad

Dependientes del

desplazamiento y la velocidad

Viscosos Histerticos

Fluido viscosos Friccin Plastificacin

Viscoelsticos

Slido Viscoelstico Fluido Viscoelstico

Flexin

Corte

Torsin

Extrusin

Fuente : Norma ASCE 7-10 / Cap.18 Disipador metlico ADAS

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 10 20 30 40 50 60 70

Tiempo (s)

Ace

lera

cin (

cm/s

2)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 0.5 1 1.5 2

Periodo (s)

Pse

ud

o a

cele

raci

on

esp

ectr

al (

cm/s

2)

TAYLOR Y EL FUNCIONAMIENTO DE LOS DISIPADORES

Pistn Cilindro Fluido de Silicona

compresible

Cabeza del pistn

(con orificios)

Cmara 2 Cmara 3

Cmara 1

Cmara de estancamiento Fluido compresible

Entrada principal

Entrada Secundaria

Corte de un disipador viscoso

Detalle de la cabeza del pistn

Funcionamiento de los

disipadores viscosos

N Coeficiente de

amortiguamiento

(T.s/m)

Exponente de

amortiguamiento

Rigidez

(T/m)

Fluencia

(T)

Radio de

rigidez

post-

fluencia

Exponente

de fluencia

VD 10,85 0,5 54,25 - - -

VE 177,65 1,0 882,43 - - -

FD - - 25007,5 2,9 0,000 0,5

YD - - 2500 3,25 0,025 2,0

MODELAMIENTO DE LOS DISIPADORES EN EL ETABS V.9.7.4

Rigidez del brazo metlico(K)

Coeficiente de amortiguamiento(C)

E: Coeficiente de Elasticidad del Acero.

A: rea de la seccin del brazo metlico.

L: Longitud del brazo metlico.

Se calcula en base a un amortiguamiento objetivo

Su valor se fija usualmente en 0.4 a 0.6 para edificaciones

SAP 2000 / ETABS Modeling

RELACION DAO-DERIVA SEGN METODOLOGIA HAZUS

REGISTRO SISMICO DE LIMA 17/10/1966

N Perodo de vibracin por la forma (s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

SD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

VD 0,906 0,568 0,502 0,281 0,175 0,158 0,153 0,096 0,083 0,027 0,027 0,027

VE 0.815 0,510 0,473 0,259 0,160 0,150 0,147 0,091 0,081 0,027 0,027 0,027

FD 0,382 0,286 0,218 0,128 0,095 0,079 0,074 0,058 0,046 0,027 0,027 0,027

YD 0,705 0,457 0,418 0,230 0,145 0,138 0,135 0,084 0,078 0,027 0,027 0,027

N

Estructura

Piso

Desplazamiento Distorsin

(cm)

(cm)

SD

Sin disipadores

3

2

1

7,15

5,86

3,43

5,12

4,09

2,22

0,0043

0,0081

0,0098

0,0034

0,0062

0,0063

VD

Disipadores

viscosos

no-lineales

3

2

1

4,19

3,47

2,09

4,56

3,64

1,99

0,0024

0,0046

0,0060

0,0031

0,0055

0,0057

VE

Disipadores

viscoelsticos

slidos

3

2

1

4,67

3,76

2,10

4,05

3,23

1,77

0,0031

0,0055

0,0060

0,0027

0,0049

0,0050

FD

Disipadores

por

friccin

3

2

1

4,43

3,59

2,11

4,49

3,60

1,96

0,0028

0,0049

0,0060

0,0030

0,0055

0,0056

YD

Disipadores por

plastificacin de

metales (fluencia)

3

2

1

4,61

3,72

2,10

3,93

3,10

1,63

0,0030

0,0054

0,0060

0,0028

0,0049

0,0047

mxX mxYmxx mxy

N

Estructura

Fuerzas internas (columnas 1er piso)

(T)

(T)

(T.m)

(T.m)

SD Sin disipadores 247,53 289,97 618,12 8,64

VD Dis. Viscosos NL 192,89 260,26 555,24 5,92

VE Dis. Viscoelsticos 211,75 262,85 555,53 5,93

FD Dis. Friccin 205,96 261,97 558,05 4,92

YD Dis. Fluencia 196,26 255,36 546,39 4,56

mxN mxV mxM mx,tM

N

Estructura

Columna

(T)

(T)

(T.m)

(T.m)

SD Sin disipadores 29,24

(2,62)

23,00

(6,10)

46,57

(6,10)

0,54

(varios)

VD Dis. Viscosos NL 23,55

(2,62)

20,69

(6,10)

41,81

(6,10)

0,37

(varios)

VE Dis. Viscoelsticos 22,52

(18,46)

18,55

(6,10)

37,32

(6,10)

0,37

(varios)

FD Dis. Friccin 23,70

(2,62)

20,26

(6,10)

41,04

(6,10)

0,31

(varios)

YD Dis. Fluencia 23,44

(2,62)

15,39

(6,10)

34,45

(6,10)

0,28

(varios)

mxN mxV mxM mx,tM

Disipador viscoelstico

Edificio con disipador

por fluencia

VERIFICACIN DEL COMPORTAMIENTO HISTERTICO

El comportamiento

histertico del disipador D6

no se ajusta al esperado .

Verificacin de derivas

Se puede ver un ligero incremento

en los desplazamientos de cada

nivel, as mismo la deriva mxima

de entrepiso se increment 0.07, lo cual demuestra que efectivamente

solo se requera de una arreglo

diagonal en el primer nivel en lugar

de un arreglo en doble diagonal.

01

2

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Desplazamientos (cm)

Pis

os

VD SD VE FD YD

32

36

40

44

48

SD VD VE FD YD

Modelos Dinmicos

Mom

ento

fle

ctor

(T.m

)

Estos dispositivos fueron agrupados por sus niveles de fuerza para as poder ser

enviados a la fabricacin (Tabla 85)

Disipadores

al fondo del

edificio

PRECIOS UNITARIOS DE LOS DISPOSITIVOS

Los disipadores viscosos Taylor tienden por lo general a presentar una baja

incidencia econmica en el presupuesto total de los proyectos donde son

implementados.

CDV Representaciones, empresa importadora y comercializadora de productos

especializados para la construccin, es la representante de la marca Taylor en el

Per. Para poder determinar el costo de cada disipador, esta empresa solicita la

siguiente informacin:

Adems recomienda que para el diseo de los dispositivos se hayan tenido

en cuenta las recomendaciones del ASCE 7-10 (Capitulo18), y que los

registros tiempo historia empleados estn acorde a la realidad del proyecto(es

decir tomados en un suelo S3 Chiclayo), seala que estos registros deben de haber sido escalados adecuadamente al espectro de diseo (considerando

las condiciones de importancia, tipo de suelo, etc.)

Para este trabajo se tomaron en consideracin las recomendaciones

sealadas; de esta manera para el clculo de costos se cuenta con los

siguientes resultados del diseo.

4)Mximo Stroke

El mximo stroke es el desplazamiento mximo que obtenemos en los dispositivos,

este dato es empleado para el diseo de la cmara de acumulacin.

Este valor se puede obtener evaluando las curvas hiterticas de cada disipador, en

este caso, el mximo stroke se encuentra en el dispositivo 4 (ver figura180)

Por lo general el fabricante maneja un factor de seguridad estableciendo

usualmente el stroke en 5cm

6)Indicar la disposicin del disipador (diagonal, doble diagonal, Chevron)

Disposicin diagonal para los disipadores del primer nivel

Disposicin doble diagonal para los disipadores del 2-5to nivel

7)Cantidad de dispositivos(ver tabla 85 - diapositiva 39)

En total 27 dispositivos, 6 de 110KIP y 21 de 165KIP

Una vez se brind la informacin requerida, los precios unitarios que se obtuvieron

fueron los siguientes:

Disipador de 110KIP: 6700 dlares

Disipador de 165KIP: 8500 dlares

As mismo, CDV representaciones nos brinda las siguientes consideraciones

relativas al precio:

- Los precios NO incluyen IGV.

- El precio de los disipadores es muy sensible con las cantidades que se requieren,

no es lo mismo solicitar 1 disipador, que 25 del mismo tipo; el precio variar en cada

caso.

-La actualizacin de precios se da muchas veces mensualmente, por lo que los

precios para este proyecto no podrn ser empleados para otros trabajos de

investigacin.

-Los precios establecidos incluyen ensayos de presin hidrosttica y ensayos de

velocidad (a cada disipador) para verificar las fuerzas pico. Los ensayos sern

hechos en los laboratorios del fabricante. La carga de prueba de cada disipador

ser 150% de la carga de diseo.

- Los precios incluyen capacitacin/asesora en obra para la correcta colocacin y

montaje de los disipadores ssmicos.

- Los precios NO incluyen diagonales metlicas ni anclajes embebidos, ni ningn otro

accesorio metlico complementario.

- Los disipadores ssmicos cotizados cuentan con proteccin anticorrosiva para uso en

interiores.

-La Garanta del fabricante es de 35 aos

- Cualquier cambio en las cantidades implicar un cambio en los precios.

-La validez de la oferta es de 30 das.

INCREMENTO DEL PRESUPUESTO POR METRO CUADRADO

www.cdvrepresentaciones.com

EDIFICACIONES CON

AISLADORES SISMICOS

EN LA BASE DR. GENNER VILLARREAL CASTRO PROFESOR VISITANTE UMRPSFXCH Bolivia

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DAOS EN EDIFICACIONES CON Y SIN AISLAMIENTO SISMICO

Base aislada Base

empotrada

junta ssmica

https://www.youtube.com/watch?v=TTPDdeI5MfY

https://www.youtube.com/watch?v=ZPnPdi-AuXo

https://www.youtube.com/watch?v=nWeAsZ1FQWI

VIDEOS DE DISIPADORES Y AISLADORES

GRACIAS

Dr. Genner Villarreal Castro

genner_vc@hotmail.com www.gennervillarrealcastro.blogspot.com

www.youtube.com/user/gennervc/feed