1. DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE EDIFICIO
DE HORMIGÓN ARMADO PARA RESISTIR
COLAPSO PROGRESIVO, DEBIDO A UNA CARGA
ANORMAL PRODUCIDA POR UN TSUNAMI.
Memoria para optar al título de
INGENIERO CIVIL
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Escuela de Ingeniería Civil
Diego A. Quezada Henry
Profesor Guía: Luis Della Valle Solari.
Profesor Co-referente: Alberto Marillanca Olguín.

2. Objetivos
1. General
•Diseñar y Analizar el comportamiento de dos Edificios de Hormigón Armado
de misma estructuración pero distintos niveles de pisos, para resistir un
potencial colapso progresivo debido a una carga anormal producida por un
tsunami.
2. Específicos
• Comparar los comportamientos de vigas y columnas analizadas para cada
edificio, según los criterios utilizados por el FEMA P646 y GSA.
• Obtener la relación demanda-capacidad (RDC) de los elementos según los
criterios de las guías de diseño para mitigar colapso progresivo, y comparar
resultados.
• Recomendar diseño y estructuración de edificios para mitigar un potencial
colapso progresivo según los resultados obtenidos..
2

3. Temario
• Introducción ( Nueva normativa, FEMA P646 , GSA).
• Definiciones: Colapso Progresivo.
• Métodos de Análisis.
• Aplicación del método: Modelo estructural.
• Resultados: Análisis y discusión.
• Conclusiones y Recomendaciones de diseño.
3

4. Nueva Normativa.
4
.
Tsunami Chile 2010 Tsunami Japón 2011

5. Nueva Normativa.
Nch 3363:2015:“Diseño estructural para edificaciones ubicadas
en zonas inundables por tsunami”
5
Rodolfo Saragoni, Ingeniero Civil,
Universidad de Chile.
Fuente: Ante proyecto norma NTM 007

6. Nueva Normativa.
Referencias normativas Nch 3363:2015
6
Fuente: Ante proyecto norma NTM 007

7. Nueva Normativa.
Capitulo 6: Determinación de Carga y
Criterios Estructurales de Diseño.
• Consideraciones de Colapso
Progresivo.
• Métodos para mitigar el Colapso
Progresivo.
• Guía de Análisis y Diseño de
Colapso Progresivo para Nuevos
Edificios Federales y Proyectos
Mayores de Modernización (GSA,
2008)
7
Fuente: FEMA p646

8. Nueva Normativa.
8
Introducción Colapso
Progresivo
Método Metodología Análisis Resultados ConclusionesAplicación

9. Colapso Progresivo.
9
“Colapso progresivo se define como la propagación de una
falla local inicial -de elemento a elemento resultando en el
colapso de la estructura completa o de una de una parte
desproporcionadamente grande de esta”
ASCE 07-10

10. Colapso Progresivo.
10
Requisitos
•Falla local que desencadena el proceso.
Condición de carga anormal
• Sobrecarga imprevista.
• Mal uso del edificio.
•Cargas anormales como explosión accidental ,acto terrorista, tsunamis.
Condición de carga normal
•Durante construcción.
• Durante ocupación.
•Evento natural (Sismo o Viento).
Estructura que carece de adecuada :
• Resistencia
• Continuidad
• Ductilidad
• Redundancia

11. Colapso Progresivo.
11
Edificio apartamento Ronan Point.,1968.
Fuente:Modern Protective Strutures

12. Colapso Progresivo.
12
Falla progresiva pero no colapso desproporcionado pues fue causado por un gran
impacto y un gran fuego.
Torres Gemelas del World Trade Center.
Fuente:Bazant (2007)

13. Colapso Progresivo.
13
Colapso progresivo de los pisos superiores de un estacionamiento por daños a las
columnas de los niveles bajos causados por una barcaza-casino adyacente
(Huracán Katrina, 2005)
.
Fuente: FEMA P646.

14. Método de Análisis.
14
Método de la Trayectoria de Carga Alterna ( Columna
Ausente).

15. Método de Análisis.
15
Condición de carga (GSA):
• GD = 2 (CM + 0.25CV) para áreas aferentes al elemento removido, en todos los
niveles sobre el elemento. 2 es un factor de amplificación dinámica
• G = CM + 0.25CV para el resto de la estructura
Fuente: GSA

16. Método de Análisis.
16
Trayectoria de Carga Alterna – Análisis Lineal.
Relación Demanda Capacidad
Donde:
• Qu = Demanda (Momento, fuerza axial, corte) obtenida del análisis lineal.
• Qn = Capacidad nominal (f’c`, fy, Φ) calculada para refuerzo propuesto .
• Relaciones RDC aceptables: RDC <= 1
• En GSA se acepta hasta RDC = 2 para análisis de colapso progresivo con
la columna ausente en le estructura.

17. Método de Análisis.
17
1. Crear un modelo tridimensional de la estructura.
2. Remover elemento fallado.
3. Aplicar las cargas Gd y G.
4. Comparar Fuerzas internas con resistencia de cada elemento ( vigas y columnas aferentes a
columna removida). Si todos los elementos cumplen, el análisis para la remoción de ese elemento
esta completado. La estructura puede ‘puentear’ las cargas del elemento removido.
5. Si algún elemento no cumple criterio de resistencia RDC >2 ( Vigas)
• Remover el elemento que falla o, insertar articulaciones con momentos constantes. Redistribuir
cargas asociadas con elementos fallados.
• Reanalizar el modelo
• Calcular el área que falla. Comparar con limite (70 m2 para columnas exteriores y 140 m2 para
columnas interiores).
• Si limite de daño es excedido, re-diseñar (adicionar refuerzo y/o aumentar secciones) y re-
analizar la estructura comenzando con paso 1.
• Si limite de daño es aceptable, se tiene una estructura con adecuada resistencia al colapso
progresivo
6. Verificar combinación de carga axial y momento en la columna analizada no exceda la
resistencia de diseño, si excede:
• La carga axial se debe comparar con la carga axial para falla balanceada Pb. Si la carga axial es
menor que Pb una articulación plástica equivalente se inserta en el modelo, tal como se hace en
vigas. En caso contrario, la columna se debe remover del modelo y aplicar las cargas asociadas
al elemento al piso directamente bajo este. Luego se debe repetir el análisis.

18. Aplicación del Método.
18
Modelo Estructural
4
pisos
12
pisos
Espesor de muros (cm) 20 30
Vigas, ancho x alto (cm) 20x50 30x65
Columnas Int., ancho x alto
(cm)
60x60 70x70
Columnas Ext., ancho x
alto (cm)
50x50 60x60
Altura de entrepiso (cm) 360 360

19. Aplicación del Método.
19
Modelo Estructural
Fuente: Elaboración Propia, SAP2000

20. Aplicación del Método.
20
Fuente: Elaboración Propia, SAP2000

21. Aplicación del Método.
21
Análisis Modal
Peso total: 6397.0 Ton
Dirección UX UY
Período est: 0.58 0.60
R*: 5.16 5.24
Q R=1 4208 65.8% 4143 64.8%
Qmax: 1074.696 16.8%
Qmin: 511.760 8.0%
Qbasal: 815.6 12.7% 791.4 12.4%
FACTOR= 1.00 1.00
1/R* x Factor= 0.1938 0.1910
1.4xFactor/R*= 0.27 0.27
Qbasal total= 815.6 791.4
12.7% 12.4%
Peso total: 2207.0 Ton
Dirección UX UY
Período est: 0.16 0.18
R*: 2.72 2.89
Q R=1 1335 60.5% 1497.8 67.9%
Qmax: 370.776 16.8%
Qmin: 176.560 8.0%
Qbasal: 491.6 22.3% 517.4 23.4%
FACTOR= 0.75 0.72
1/R* x Factor= 0.2777 0.2475
1.4xFactor/R*= 0.39 0.35
Qbasal total= 370.8 370.8
16.8% 16.8%
Edificio 12 pisos. Edificio 4 Pisos
Fuente: Elaboración Propia.

22. Aplicación del Método.
22
Combinaciones de Cargas.
C1: 1.4D
C2: 1.2D + 1.6L
C3: 1.2D + L ± 1.4Ex
C4: 0.9D ± 1.4Ex
C5: 1.2D + L ± 1.4Ey
C6: 0.9D ± 1.4Ey
D=100 Kg/m2
L=250 Kg/m2
E= Sismo
NCh3171.Of2010:Diseño estructural -
Disposiciones generales y combinaciones de
cargas

23. Aplicación del Método.
23
Elección de columna retirar.
Fuente: Elaboración Propia, SAP2000

24. Aplicación del Método.
24

25. Aplicación del Método.
25
• Aplicación de Cargas

26. Resultados: Análisis y discusión.
26
Diagrama Momentos Diagrama Corte con columna removida
• Edificio de 12 pisos
Análisis de Vigas

27. Resultados: Análisis y discusión.
27
GEOMETRIA DEL ELEMENTO
Ancho (cm) bw= 30,000 Recubrim ↑ 3,000
Altura (cm) h= 65,000 Recubrim ↓ 3,000
Peralte efec (cm) d= 62,000
Diseño bw h rec d fy f'c Mu
Descripción Dúctil [cm] [cm] [cm] [cm] [kg/cm2
] [kg/cm2
] [ton·m] As
[cm2
]
Viga 30/65 (1) Si 30 65 3,0 62,0 4.200 250 7,50 2 Ø 22 7,60 OK, CUMPLE
viga 30/65 (2) Si 30 65 3,0 62,0 4.200 250 7,50 2 Ø 22 7,60 OK, CUMPLE
Flexión
Armadura
Verificación
Cumple con criterio!

28. Resultados: Análisis y discusión.
28
Diagrama Momentos
Diagrama Momento con columna
removida
Edificio de 4 pisos

29. Resultados: Análisis y discusión.
29
GEOMETRIA DEL ELEMENTO
Ancho (cm) bw= 20 Recubrim ↑ 3
Altura (cm) h= 50 Recubrim ↓ 3
Peralte efec (cm) d= 47
Cumple con criterio!
Diseño bw h rec d fy f'c Mu
Descripción Dúctil [cm] [cm] [cm] [cm] [kg/cm
2
] [kg/cm
2
] [ton·m] As
[cm2
]
Viga 20/50 (1) Si 20 50 3,0 47,0 4.200 250 4,07 2 Ø 16 4,02 OK, CUMPLE
viga 20/50 (2) Si 20 50 3,0 47,0 4.200 250 4,07 2 Ø 16 4,02 OK, CUMPLE
Flexión
Armadura
Verificación

30. Resultados: Análisis y discusión.
30
Análisis de Columnas
Edificio de 12 Pisos
Carga Axial Carga Axial con columna removida

31. Resultados: Análisis y discusión.
31
Condición Pu [ton] Mu [ton*m]
Sísmica 191.8 2.75
Colapso 340.5 4.59
Cumple criterio!
Col. 60x60 [cm]

32. Resultados: Análisis y discusión.
32
Edificio de 4 Pisos
Carga Axial
Carga Axial con columna removida

33. Resultados: Análisis y discusión.
33
Condición Pu[ton] Mu [ton*m]
Sísmica 64.04 2.05
Colapso 140.45 3.36
Col. 50x50 [cm]
Cumple criterio!

34. Conclusiones
34
• Ambos Edificios presentan un buen
comportamiento frente a la perdida de
una columna.
• Sistemas Fuertes, dúctiles y redundantes
pueden experimentar fallas sin presentar
colapso progresivo.
• Precaución con edificios de pocos niveles
de pisos.
Fuente: FEMA P646

35. Conclusiones
35
• Casas Tipo Falapito entregadas en
Dichato para resistir un eventual
Tsunami.
“Las casas están construidas para que tras un
tsunami las edificaciones no se destruyan y las
familias puedan regresar rápidamente a habitarlas”
Rodrigo Pérez, Ministro de Vivienda
y Urbanismo-2012.

36. Conclusiones
36
Edificios en potencial peligro.
•Contempla un muro de
contenedores de
alrededor de ocho pisos de
altura entre la costa y la
zona Patrimonio Mundial
declarada por la UNESCO.
Proyecto Terminal 2

37. Recomendaciones
37
• C 1: 1.2D + 1.0Ts + 1.0LREF + 0.25L
• C 2: 0.9D + 1.0Ts
Recomendaciones
•Fuerza boyante.
•Fuerza del frente de ola.
•Fuerza de arrastre.
•Fuerza de impacto.
•Fuerzas hidrostáticas.

38. Recomendaciones
38
• Edificio de hormigón armado
fundado sobre pilotes volcado por el
tsunami en Onagawa, FEMA P646

39. Recomendaciones
39
• Consideraciones de luces máximos de vigas.
• Conexiones de los traslapos: alargar traslapos o buscar otra
posición.

40. “DISEÑO Y ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE
EDIFICIO DE HORMIGÓN ARMADO PARA
RESISTIR COLAPSO PROGRESIVO, DEBIDO A
UNA CARGA ANORMAL PRODUCIDA POR UN
TSUNAMI.”
Memoria para optar al título de
INGENIERO CIVIL
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso
Escuela de Ingeniería Civil
“Todo se puede conseguir si miras el horizonte y si todo lo
que haces es con pasión. La pasión es sinónimo de amor…”
Gracias