SISMORESISTENCIA CONCRETO ARMADO

Universidad Católica Sedes Sapiantiae

FACULTAD DE INGENIERÍA

INFORME:

“CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES EN CONCRETO ARMADO”

Presentado por:

Marcos Santos, Jhosp

Ortiz Perez, Carlos

Puchoc Ordoñez, Andrea

Rodríguez Alcalde, Bryan

Asignatura:

CONSTRUCCIONES DE INFRAESTRUCTURAS

Docente:

ING. PAOLO RENZO DE LA CALLE VEGA

Tarma, julio del 2015

NDICE

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………… 3

TITULO I

CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES

1.1 MARCO TEÓRICO……..……………………………………………………….…... 5

1.2 OBJETIVOS……………………………………………………………………………... 12

TITULO II

EXIGENCIAS DE LA NORMA SISMORRESISTENTE E.030

2.1 ALCANCES ……………………………………………………………………………. 13

2.2 PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO…………………………………..…………………

2.3 PRESENTACION DEL PROYECTO………………………………………………… 13

14

TITULO III

NORMA E.030 DISEÑO

3.1 ZONIFICACION..………………………………………………………….………. 15

3.2 CONDICIONES GEOTECNICAS……………………………..………………… 16

3.3 CONFIGURACION ESTRUCTURAL…………………………………….………. 16

3.4 SISTEMAS ESTRUCTURALES………………………………………………….

3.4.1 PROCEDIMIENTOS DE ANALISIS……………………………………….

3.4.2 JUNTA DE SEPARACION SISMICA………………………………………

3.4.3 MODELOS PARA ANALISIS DE EDIFICIOS……………………………..

3.4.4 PESO DE LA EDIFICACION………………………………………………...

TITULO IV

ANALISIS DE EDIFICIOS

4.1 ANALISIS ESTATICO……………………………………………………………… 21

4.2 ANALISIS DINAMICO……………………………………………………………… 21

TITULO V

EXIGENCIAS DE LA NORMA DE CONCRETO ARMADO

(ACI 318-05)

5.1 GENERALIDADES...……………………………………………………………… 22

5.2 LA RESISTENCIA REQUERIDA POR LA NORMA E.060…………………… 22

5.3 BARRAS ESTANDAR ASTM……………………………………………………. 23

5.4 LÍMITES DE ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS…………………………… 23

18

18

19

20

20

CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………. 25

RECOMENDACIONES……………………………………………………………………………... 25

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………………………. 26

INTRODUCCIÓN

En el Perú, debido a los sismos ocurridos en los últimos años, causando grandes pérdidas económicas; se ha tomado en consideración de una manera importante el diseño de las construcciones sismo resistente en concreto armado. Por lo que, los objetivos del diseño sismo resistente consiste en Evitar pérdidas humanas, asegurar la continuidad de los servicios básicos y minimizar los daños a la propiedad.

Para lograr estos objetivos debemos como ingenieros civiles, diseñar una adecuada configuración estructural, con componentes de dimensiones apropiadas y materiales con una proporción y resistencia suficientes para soportar la acción de fuerzas causadas por sismos.

El mito de que las construcciones sismo resistentes son caras es falso, porque si la construcción se realiza correctamente, el sobrecosto es mínimo y es totalmente justificado dado que significa la seguridad de las personas en caso de terremotos y la protección de su patrimonio.

En el presente trabajo, detallamos todos los criterios básicos e imprescindibles para el diseño de construcciones sismo resistente.

TITULO I

CONSTRUCCIONES SISMORESISTENTES

1. MARCO TEORICO

1.1. AMENAZA SISMICA

Cuando existe la probabilidad de que se presenten sismos de cierta severidad en un lugar y en un tiempo determinado, se dice que existe amenaza sísmica. El peligro o amenaza sísmica varía de un lugar a otro, por eso la amenaza sísmica no es la misma en todas partes. Hay zonas de mayor amenaza sísmica, es decir, zonas o lugares donde se espera que se presenten sismos con mayor frecuencia y con mayor intensidad.

1.2. SISMO RESISTENCIA

Se dice que una edificación es sismo resistente cuando se diseña y construye con una adecuada configuración estructural, con componentes de dimensiones apropiadas y materiales con una proporción y resistencia suficientes para soportar la acción de fuerzas causadas por sismos frecuentes. Aun cuando se diseñe y construya una edificación cumpliendo con todos los requisitos que indican las normas de diseño y construcción sismo resistente, siempre existe la posibilidad de que se presente un terremoto aún más fuerte que los que han sido previstos y que deben ser resistidos por la edificación sin que ocurran daños. Por esta razón, no existen edificios totalmente sismo resistente. Sin embargo, la sismo resistencia es una propiedad o capacidad que se le provee a la edificación con el fin de proteger la vida y los bienes de las personas que la ocupan. Aunque se presenten daños, en el caso de un sismo muy fuerte, una edificación sismo resistente no colapsará y contribuirá a que no haya pérdida de vidas y pérdida total de la propiedad. Una edificación no sismo resistente es vulnerable, es decir susceptible o predispuesta a dañarse en forma grave o a colapsar fácilmente en caso de terremoto. El sobre costo que significa la sismo resistencia es mínimo si la construcción se realiza correctamente y es totalmente justificado, dado que significa la seguridad de las personas en caso de terremoto y la protección su patrimonio, que en la mayoría de los casos es la misma edificación.

1.3. PRINCIPIOS DE LA SISMORESISTENCIA.

1.3.1. FORMA REGULAR

La geometría de la edificación debe ser sencilla en planta y en elevación. Las formas complejas, irregulares o asimétricas causan un mal comportamiento cuando la edificación es sacudida por un sismo. Una geometría irregular favorece que la estructura sufra torsión o que intente girar en forma desordenada. La falta de uniformidad facilita que en algunas esquinas se presenten intensas concentraciones de fuerza, que pueden ser difíciles de resistir.

1.3.2. BAJO PESO

Entre más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por lo tanto, la exigencia de la fuerza actuante será mayor sobre los componentes de la edificación. Cuando la cubierta de una edificación es muy pesada, por ejemplo, ésta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales está soportada.

1.3.3. MAYOR RIGIDEZ

Es deseable que la estructura se deforme poco cuando se mueve ante la acción de un sismo. Una estructura flexible o poco sólida al deformarse exageradamente favorece que se presenten daños en paredes o divisiones no estructurales, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles que no soportan mayores distorsiones.

1.3.4. BUENA ESTABILIDAD

Las edificaciones deben ser firmes y conservar el equilibrio cuando son sometidas a las vibraciones de un terremoto. Estructuras poco sólidas e inestables se pueden volcar o deslizar en caso de una cimentación deficiente. La falta de estabilidad y rigidez favorece que edificaciones vecinas se golpeen en forma perjudicial si no existe una suficiente separación entre ellas.

1.3.5. SUELO FIRME Y BUENA CIMENTACION

La cimentación debe ser competente para trasmitir con seguridad el peso de la edificación al suelo. También, es deseable que el material del suelo sea duro y resistente. Los suelos blandos amplifican las ondas sísmicas y facilitan asentamientos nocivos en la cimentación que pueden afectar la estructura y facilitar el daño en caso de sismo.

1.3.6. ESTRUCTURA APROPIADA

Para que una edificación soporte un terremoto su estructura debe ser sólida, simétrica, uniforme, continua o bien conectada. Cambios bruscos de sus dimensiones, de su rigidez, falta de continuidad, una configuración estructural desordenada o voladizos excesivos facilitan la concentración de fuerzas nocivas, torsiones y deformaciones que pueden causar graves daños o el colapso de la edificación.

1.3.7. MATERIALES COMPETENTES

Los materiales deben ser de buena calidad para garantizar una adecuada resistencia y capacidad de la estructura para absorber y disipar la energía que el sismo le otorga a la edificación cuando se sacude. Materiales frágiles, poco

resistentes, con discontinuidades se rompen fácilmente ante la acción de un terremoto. Muros o paredes de tapia de tierra o adobe, de ladrillo o bloque sin refuerzo, sin vigas y columnas, son muy peligrosos.

1.3.8. CAPACIDAD DE DISIPAR ENERGIA

Una estructura debe ser capaz de soportar deformaciones en sus componentes sin que se dañen gravemente o se degrade su resistencia. Cuando una estructura no es dúctil y tenaz se rompe fácilmente al iniciarse su deformación por la acción sísmica. Al degradarse su rigidez y resistencia pierde su estabilidad y puede colapsar súbitamente.

1.3.9. CAPACIDAD DE DISIPAR ENERGIA

Los componentes no estructurales como tabiques divisorios, acabados arquitectónicos, fachadas, ventanas, e instalaciones deben estar bien adheridos o conectados y no deben interaccionar con la estructura. Si no están bien conectados se desprenderán fácilmente en caso de un sismo.

1.3.10. CALIDAD EN LA CONSTRUCCION

Se deben cumplir los requisitos de calidad y resistencia de los materiales y acatar las especificaciones de diseño y construcción. La falta de control de calidad en la construcción y la ausencia de supervisión técnica ha sido la causa de daños y colapsos de edificaciones que aparentemente cumplen con otras características o principios de la sismo resistencia. Los sismos descubren los descuidos y errores que se hayan cometido al construir.

1.4. SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA.

1.4.1. CONTINUIDAD VERTICAL

Cada muro se considera estructural, si es continuo desde la cimentación hasta el diafragma superior conformado por la cubierta. A partir del diafragma en el que el muro pierda continuidad vertical en más de la mitad de su longitud horizontal, el muro deja de considerarse estructural.

1.4.2. REGULARIDAD EN PLANTA

Se debe tratar de evitar la irregularidad en planta, tanto geométrica como de rigidez. Las formas irregulares pueden convertirse, por descomposición en varias formas regulares. Las formas regulares pueden ser asimétricas en términos de rigidez, lo que se debe evitar redistribuyéndolas adecuadamente. Dada la relativa flexibilidad de los diafragmas, las plantas muy alargadas, sometidas a cargas laterales, se comportan como vigas, de manera que pueden presentarse grandes deformaciones relativas entre los puntos del diafragma apoyados sobre los muros y los puntos en el centro del diafragma, aun si la planta es simétrica . Por lo tanto, es aconsejable que los muros resistentes a las cargas laterales no estén espaciados entre sí más de dos veces su longitud. Mientras más rígido y menos alargado sea el diafragma, las cargas se reparten más adecuadamente entre los muros, de acuerdo con su capacidad de deformación, es decir, de acuerdo con su rigidez.

1.4.3. REGULARIDAD EN ALTURA

Se deben evitar las irregularidades en alzado, tanto geométricas (volúmenes escalonados), como de rigidez. Cuando la estructura tenga forma irregular en altura, puede descomponerse en formas regulares aisladas. Se deben evitar zonas débiles en altura, por cambios en la rigidez o la resistencia, que producen el efecto de piso blando o piso flexible.

1.4.4. ADICIONES

Evitar o aislar convenientemente las adiciones exteriores o reformas interiores en materiales y sistemas constructivos. Por ejemplo, es común que se cambie o modifique la fachada de una construcción. No es conveniente mezclar materiales de diferentes características de rigidez y resistencia. Por lo tanto, es recomendable que toda adición y modificación en estructuras se construyan con el mismo material. De lo contrario, es necesario aislar la adición o la modificación, para que trabaje independientemente de la estructura.

1.4.5. JUNTAS SISMICAS

Cuando en conjuntos de casas, coexisten otras casas de diferentes materiales o iguales, se debe dejar un espacio mínimo de j veces la altura de la edificación.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO PRINCIPAL

Diseño de infraestructuras sismo resistentes, aplicables a la realidad de nuestro País.

2.2. OBJETIVO SECUNDARIO

• Aplicar los conocimientos adquiridos, normas técnicas en el diseño de infraestructuras sismo resistentes.

• Enriquecer los conocimientos aprendidos en clase para la aplicación en el campo laboral.

TITULO II

EXIGENCIAS DE LA NORMA SISMORRESISTENTE E.030

2.1 ALCANCES

Se aplica al diseño de todas las edificaciones nuevas, a la evaluación y reforzamiento de las existentes y a la reparación de las que resultaren dañadas por la acción de los sismos. Para el caso de estructuras especiales tales como reservorios, tanques, silos, puentes, torres de transmisión, muelles, estructuras hidráulicas, plantas nucleares y todas aquellas cuyo comportamiento difiera del de las edificaciones, se requieren consideraciones adicionales que complementen las exigencias aplicables de la presente Norma.

2.2 PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO

a. La estructura no debería colapsar, ni causar daños graves a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio.

b. La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables.

Además de cumplir estas condiciones, para tener un buen comportamiento ante sismos severos nuestros edificios deben tener en lo posible:

a) Simetría, tanto en la distribución de masas como la de rigideces, para reducir excentricidades que producen rotaciones que incrementan los desplazamientos horizontales produciendo mayores daños en los elementos estructurales y no estructurales.

b) Peso mínimo, especialmente en los pisos altos. Esto lleva a la recomendación que estamos aplicando en forma general en el diseño de nuestros edificios, de evitar los tanques elevados en las azoteas de los edificios. Es mucho más conveniente emplear equipos hidroneumáticos o de presión constante para asegurar el suministro adecuado de agua en todo el edificio.

c) Selección y uso adecuado de los materiales de construcción. En las fotos 1 y 2 se ven los daños producidos en edificio en Pisco, donde el muro de relleno entre las columnas y vigas que se muestran, ha sido construido con ladrillo pandereta en lugar de ladrillo macizo o de paños de concreto armado. El ladrillo pandereta es muy poco resistente a fuerzas horizontales de corte y los casos de falla han sido muy numerosos en este sismo. Se recomienda que se reduzca su empleo, empleando en su lugar ladrillos macizos.

b)

c.

2.3 PRESENTACION DEL PROYECTO

 Los planos del proyecto estructural deberán contener como mínimo la siguiente información:

a. Sistema estructural sismo resistente.

b. Parámetros para definir la fuerza sísmica o el espectro de diseño.

c. Desplazamiento máximo del último nivel y el máximo desplazamiento relativo de entrepiso.

TITULO III

NORMA E.030 DISEÑO

3.1 ZONIFICACION

A cada zona se asigna un factor Z según se indica en la Tabla N°1.

Este factor se interpreta como la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años.

3.2 CONDICIONES GEOTECNICAS

Para los efectos de esta Norma, los perfiles de suelo se clasifican tomando en cuenta las propiedades mecánicas del suelo, el espesor del estrato, el período fundamental de vibración y la velocidad de propagación de las ondas de corte. Los tipos de perfiles de suelos son cuatro:

3.3 CONFIGURACION ESTRUCTURAL

Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares con el fin de determinar el procedimiento adecuado de análisis y los valores apropiados del factor de reducción de fuerza sísmica.

a. Estructuras Regulares. Son las que no tienen discontinuidades significativas horizontales o verticales en su configuración resistente a cargas laterales.

b. Estructuras Irregulares. Se definen como estructuras irregulares aquellas que presentan una o más de las características indicadas en la Tabla N°4 o Tabla N° 5.

3.4 SISTEMAS ESTRUCTURALES

Los sistemas estructurales se clasificarán según los materiales usados y el sistema de estructuración sismo resistente predominante en cada dirección tal como se indica en la Tabla N°6.

3.4.1 PROCEDIMIENTOS DE ANALISIS

El máximo desplazamiento relativo de entrepiso, calculado según el Artículo 16 (16.4), no deberá exceder la fracción de la altura de entrepiso que se indica en la Tabla N° 8.

3.4.2 JUNTA DE SEPARACION SISMICA

Toda estructura debe estar separada de las estructuras vecinas una distancia mínimas para evitar el contacto durante un movimiento sísmico.

3.4.3 MODELOS PARA ANALISIS DE EDIFICIOS

El modelo para el análisis deberá considerar una distribución espacial de masas y rigidez que sean adecuadas para calcular los aspectos más significativos del comportamiento dinámico de la estructura.

3.4.4 PESO DE LA EDIFICACION

El peso (P), se calculará adicionando a la carga permanente y total de la Edificación un porcentaje de la carga viva o sobrecarga que se determinará de la siguiente manera:

a. En edificaciones de las categorías A y B, se tomará el 50% de la carga viva.

b. En edificaciones de la categoría C, se tomará el 25% de la carga viva.

c. En depósitos, el 80% del peso total que es posible almacenar.

d. En azoteas y techos en general se tomará el 25% de la carga viva.

e. En estructuras de tanques, silos y estructuras similares se considerará el 100% de la carga que puede contener.

Toda estructura debe estar separada de las estructuras vecinas una distancia mínimas para evitar el contacto durante un movimiento sísmico.

TITULO IV

ANALISIS DE EDIFICIOS

4.1 ANALISIS ESTATICO

Este método representa las solicitaciones sísmicas mediante un conjunto de fuerzas horizontales actuando en cada nivel de la edificación. Debe emplearse sólo para edificios sin irregularidades y de baja altura.

Donde:

V: Fuerza cortante en la base

Z: Zona sísmica

U: Categoría de la edificación

C: Factor de amplificación sísmica

S: Tipo de suelo

R: Coeficiente de reducción de fuerzas

4.2 ANALISIS DINAMICO

Para cada una de las direcciones horizontales analizadas se utilizará un espectro inelástico de pseudo-aceleraciones definido por:

Donde:

Sa: Aceleración espectral

Z: Zona sísmica

U: Categoría de la edificación

C: Factor de amplificación sísmica

S: Tipo de suelo

R: Coeficiente de reducción de fuerzas

g: aceleración de la gravedad

TITULO V

EXIGENCIAS DE LA NORMA DE CONCRETO ARMADO

(ACI 318-05)

5.1 GENERALIDADES

La Norma Peruana de Concreto Armado E.060 fue aprobada en Febrero de 1989 y por lo tanto es muy antigua, particularmente cuando la investigación y el análisis de las experiencias de daños sísmicos a nivel mundial se han incrementado mucho. Por esta razón, aunque es nuestra ley y tenemos que cumplirla, las exigencias para una adecuada resistencia sísmica que presentamos a continuación están referidas a la Norma ACI 318 aprobada el año 2005.

5.2 LA RESISTENCIA REQUERIDA POR LA NORMA E.060: en su artículo 10.2.1 tiene que modificarse en lo referente a cargas de sismo, ya que como indica la Norma E.030 en su artículo 12, “Para el diseño por resistencia última las fuerzas sísmicas internas deben combinarse con factores de carga unitarios”.

De acuerdo con esto, las combinaciones de carga indicadas en 10.2.1 de la Norma E.060 son:

6 Los recubrimientos mínimos de concreto para proteger el acero de refuerzo son los siguientes:

7 Concreto vaciada contra el terreno y expuesto permanentemente a él 75mm

8 Concreto en contacto con el suelo o a la intemperie:

barras de 5/8” o menores 40mm

barras de 3/4” o menores 50mm

9 Concreto no expuesto a la intemperie ni en contacto con el suelo:

Losas, muros y viguetas 40mm

Vigas y columnas 50mm

5.3 BARRAS ESTÁNDAR ASTM.

# Denominación db(mm) As(mm2) Peso(kg/m)

3 3/8” 9,5 71 0,56

4 ½” 12,7 129 1,01

5 5/8” 16 200 1,57

6 ¾” 19 284 2,23

7 7/8” 22 387 3,04

8 1” 25 510 4,00

9 1-1/8” 29 645 5,06

10 1-1/4” 32 819 6,43

11 1-3/8” 36 1006 7,90

5.4 LÍMITES DE ESPACIAMIENTO ENTRE BARRAS.

 Consideramos el caso en que el agregado grueso del concreto tiene piedra de un tamaño nominal ¾”.

 Para vigas el mínimo espacio libre entre barras, en sentido horizontal y vertical, es igual al diámetro db (mm) de la barra, pero no menor a 25mm.

 Para columnas el mínimo espacio libre entre barras, en sentido horizontal, es igual a una y media veces el diámetro db (mm) de la barra, pero no menor a 40mm.

FALLAS TIPICAS EN CONSTRUCCIONES QUE NO SON SISMORESISTENTES

CONCLUSIONES

• Se enriqueció los conocimientos en los parámetros, normas que sustentan el diseño de construcciones sismo resistente.

• Los conocimientos teóricos aprendidos, se aplicaran en la vida profesional y de esta manera construir construcciones resistentes, seguras y económicas.

RECOMENDACIONES

• Se deben actualizar las normas y hacer mayores estudios sobre el diseño de construcciones sismo resistentes para de esta manera estar preparados técnicamente ante eventos sísmicos.

BIBLIOGRAFÍA

• Manual de Construcción sismo resistente, Asociación de Ingeniería Sísmica.

• Norma Sismo resistente E- 030

• Norma de Concreto Armado ACI 318-05

• Norma Técnica De Edificación E.060 Concreto Armado

• Comportamiento sismo resistente de estructuras de concreto armado, López L.F

• Estudio experimental de una técnica de reforzamiento para Edificaciones existentes con problemas de columna corta Proyecto SENCICO-PUCP

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