Este documento presenta una introducción al diseño sísmico de edificios. Explica que el movimiento del suelo durante un terremoto genera ondas sísmicas que causan fuerzas laterales en los edificios. Estas fuerzas dependen de factores como la masa, tamaño y configuración del edificio. También cubre conceptos como la resonancia, amortiguadores y ductilidad, los cuales influyen en cómo un edificio resiste las fuerzas sísmicas y se deforma sin colapsar. El objetivo del diseño sísmico es que los ed
1.
CONFIGURACION Y DISEÑO SISMICO DE
CONFIGURACION Y DISEÑO SISMICO DE
EDIFICIOS
EDIFICIOS
Materia:INTROD
Materia:INTRODUCCION
UCCION AL
AL DISEÑO ESTRUC
DISEÑO ESTRUCTURAL
TURAL
Profesora: PATRICIA DE JESUS ALARCON CHAIRES
Profesora: PATRICIA DE JESUS ALARCON CHAIRES
Integrantes del equipo:
Integrantes del equipo:
Huer
Hueramo
amo Escut
Escutia Migu
ia Miguel Ángel
el Ángel
Santiago Desión Marco Antonio
Santiago Desión Marco Antonio
Vil
Villicaña
licaña Jaim
Jaimes Medar
es Medardo
do
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE
HIDALGO
HIDALGO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL.
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL.
2.
1.-INTRODUCCIÓN
1.-INTRODUCCIÓN
•
• Las características físicas de los sismos no se habían comprendido bien
Las características físicas de los sismos no se habían comprendido bien
hasta este siglo. El usuario demanda protección contra riesgos azorados
hasta este siglo. El usuario demanda protección contra riesgos azorados
de seguridad vital o incluso contra incomodidades sobre las que no se
de seguridad vital o incluso contra incomodidades sobre las que no se
tiene control.
tiene control.
3.
•
• La
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haya diseñado, será el comportamiento del edificio
haya diseñado, será el comportamiento del edificio
ante las cargas gravitatorias o cargas dinámicas. La
ante las cargas gravitatorias o cargas dinámicas. La
configuración se refiere a la forma del edificio en su
configuración se refiere a la forma del edificio en su
conjunto, a su tamaño, naturaleza y ubicación de los
conjunto, a su tamaño, naturaleza y ubicación de los
elementos resistentes y no estructurales.
elementos resistentes y no estructurales.
•
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propósito de los reglamentos establecidos en el lugar
propósito de los reglamentos establecidos en el lugar
que este el edificio.
que este el edificio.
4.
2.-MOVIMIENTO DEL SUELO
2.-MOVIMIENTO DEL SUELO
•
• El movimiento del suelo predomina de un lado a otro en un dirección
El movimiento del suelo predomina de un lado a otro en un dirección
general o constituye una sola sacudida.
general o constituye una sola sacudida.
•
• Los sismos se deben a un deslizamiento en un plano de falla, a menudo
Los sismos se deben a un deslizamiento en un plano de falla, a menudo
muy debajo de la superficie de la tierra.
muy debajo de la superficie de la tierra.
•
• La
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exactamente la probabilidad y el tamaño que pueda tener el evento.
exactamente la probabilidad y el tamaño que pueda tener el evento.
5.
•
• El epicentro de un sismo es el punto sobre la superficie de la tierra que
El epicentro de un sismo es el punto sobre la superficie de la tierra que
esta directamente encima de donde se inicia la liberación de energía y el
esta directamente encima de donde se inicia la liberación de energía y el
movimiento de la falla (hipocentro o foco).
movimiento de la falla (hipocentro o foco).
6.
Existen 4 tipos de ondas que origina un sismo por la liberación de energía.
Existen 4 tipos de ondas que origina un sismo por la liberación de energía.
Primari
Primaria u
a u onda P
onda P
•
• Es la más rápida.
Es la más rápida.
•
• Se despl
Se desplaza de 8k
aza de 8km/seg
m/seg ó
ó
28’800 km/
28’800 km/hr.
hr.
•
• Es la primera en llegar a una
Es la primera en llegar a una
estación de registro
estación de registro
Secundaria u onda S
Secundaria u onda S
•
• Corta a la roca lateralmente
Corta a la roca lateralmente
en 90°
en 90° a la di
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rección de
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propagación.
propagación.
•
• Secundaria u onda S
Secundaria u onda S
•
• Corta a la roca lateralmente
Corta a la roca lateralmente
en 90°
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irección de
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propagación.
propagación.
Onda superficial “Onda
Onda superficial “Onda
love
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•
• Desplazamiento vertical
Desplazamiento vertical
•
• Produce sacudidas
Produce sacudidas
horizontales
horizontales
Onda superficial “Onda
Onda superficial “Onda
de Rayleigh
de Rayleigh”
”
•
• El material se mueve de
El material se mueve de
forma vertical y horizontal.
forma vertical y horizontal.
•
• Menos rápidas que las Love
Menos rápidas que las Love
7.
8.
3.-REACCIÓN DE UN EDIFICIO AL MOVIMIENTO
3.-REACCIÓN DE UN EDIFICIO AL MOVIMIENTO
DEL SUELO
DEL SUELO
•
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movimiento horizontal del terreno, se generan
movimiento horizontal del terreno, se generan
fuerzas laterales (fuerzas de inercia o fuerzas
fuerzas laterales (fuerzas de inercia o fuerzas
sísmicas), esto depende de la masa, tamaño y
sísmicas), esto depende de la masa, tamaño y
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por vibración del edificio; mientras más peso
por vibración del edificio; mientras más peso
en la parte superior, mayor es la fuerza lateral
en la parte superior, mayor es la fuerza lateral
que se generará en la construcción.
que se generará en la construcción.
•
• Las fue
Las fuerza
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masa por la aceleración.
masa por la aceleración.
9.
Resonancia
Resonancia
•
• La resonancia de una estructura es el aumento en
La resonancia de una estructura es el aumento en
la amplitud del movimiento de un sistema debido a
la amplitud del movimiento de un sistema debido a
la aplicación de una fuerza pequeña en fase con
la aplicación de una fuerza pequeña en fase con
el movimiento, es decir, estamos ante la presencia
el movimiento, es decir, estamos ante la presencia
de un fenómeno mecánico que se origina cuando
de un fenómeno mecánico que se origina cuando
la vibración natural de una estructura es sometida a
la vibración natural de una estructura es sometida a
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amplitud del sistema oscilante o movimiento propio
amplitud del sistema oscilante o movimiento propio
de la estructura se haga muy grande.
de la estructura se haga muy grande.
10.
11.
Amortiguadores
Amortiguadores
•
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estudio y análisis de sistemas vibratorios
estudio y análisis de sistemas vibratorios
12.
Ductilidad
Ductilidad
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resistencia.
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•
• La ductilidad de un acero sometido a tracción es
La ductilidad de un acero sometido a tracción es
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•
• Si nos encontráramos con fuerzas sísmicas con toda
Si nos encontráramos con fuerzas sísmicas con toda
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desalojarlo a tiempo.
desalojarlo a tiempo.
13.
Torsión
Torsión
•
• Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a
Un cuerpo sufre esfuerzos de torsión cuando existen fuerzas que tienden a
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14.
La resistencia y rigidez
La resistencia y rigidez
•
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•
• El problema de la resistencia consiste en como resistir
El problema de la resistencia consiste en como resistir
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estructura se salga del alineamiento.
estructura se salga del alineamiento.
15.
4.-
4.- INFLU
INFLUENCIA
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EL COMPORTAMIENTO SISMICO
EL COMPORTAMIENTO SISMICO
•
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rápidamente no se puede empezar a determinar las fuerzas sísmicas, al
rápidamente no se puede empezar a determinar las fuerzas sísmicas, al
menos que se conozcan las características dinámicas del edificio.
menos que se conozcan las características dinámicas del edificio.
16.
Escala
Escala
•
• Ancla el intento de comparar un tamaño de
Ancla el intento de comparar un tamaño de
edificio con otro, aplicando todas las variables
edificio con otro, aplicando todas las variables
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solicitaciones sísmicas son función del tamaño
del edificio.
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alternativas para su solución estructural.
alternativas para su solución estructural.
17.
Altura
Altura
•
• La altura de un edificio influye directamen
La altura de un edificio influye directamente en el periodo de oscilación, si
te en el periodo de oscilación, si
aumenta la altura aumenta el periodo. Si un edificio alto tiene un periodo
aumenta la altura aumenta el periodo. Si un edificio alto tiene un periodo
cercano a 2 segundos es probable que su aceleración sea menor que un
cercano a 2 segundos es probable que su aceleración sea menor que un
edificio mas bajo, de 5 a 10 pisos, con periodo de ½ segundo. Los registros
edificio mas bajo, de 5 a 10 pisos, con periodo de ½ segundo. Los registros
de terremotos indican que los sismos concentran su energía y mayores
de terremotos indican que los sismos concentran su energía y mayores
aceleraciones en periodos cercanos a ½ segundo.
aceleraciones en periodos cercanos a ½ segundo.
•
• Algunos reglamentos limitaban la altura de los edificios en áreas sísmicas,
Algunos reglamentos limitaban la altura de los edificios en áreas sísmicas,
pero en las normas actuales, la tendencia es que la limitación sea un
pero en las normas actuales, la tendencia es que la limitación sea un
producto de la calidad del diseño.
producto de la calidad del diseño.
18.
19.
T
Tamaño
amaño horiz
horizontal
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• Es
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edificio, pero los edificios con gran desarrollo en planta presentan otros
edificio, pero los edificios con gran desarrollo en planta presentan otros
problemas para su análisis. Cuando la planta es muy grande, aunque sea
problemas para su análisis. Cuando la planta es muy grande, aunque sea
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fuerzas sísmicas, se supone que la estructura vibra como un sistema en el
fuerzas sísmicas, se supone que la estructura vibra como un sistema en el
que todos los puntos de una planta en el mismo nivel y en el mismo lapso
que todos los puntos de una planta en el mismo nivel y en el mismo lapso
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sísmicas no es instantánea y su velocidad de propagación depende de la
sísmicas no es instantánea y su velocidad de propagación depende de la
naturaleza del terreno y de las características de la estructura, por ello las
naturaleza del terreno y de las características de la estructura, por ello las
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tracción, compresión y desplazamientos longitudinales.
tracción, compresión y desplazamientos longitudinales.
20.
•
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La
rigidez del piso puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal
rigidez del piso puede ser insuficiente para redistribuir la carga horizontal
originada por un sismo.
originada por un sismo.
•
• Los esfuerzos causados por variaciones de temperatur
Los esfuerzos causados por variaciones de temperatura, por
a, por asentamie
asentamiento
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grandes dimensiones en planta.
grandes dimensiones en planta.
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diafragma.
diafragma.
21.
Simetría
Simetría
•
• Un edificio es simétrico respecto a dos ejes en
Un edificio es simétrico respecto a dos ejes en
planta si su geometría es idéntica en cualquiera
planta si su geometría es idéntica en cualquiera
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perfecta por que todo edificio tiene un extremo
perfecta por que todo edificio tiene un extremo
fijo al terreno y libre el otro.
fijo al terreno y libre el otro.
•
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torsión en planta. A medida que más simétrico
torsión en planta. A medida que más simétrico
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momento
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en planta y el comportamiento de la estructura
en planta y el comportamiento de la estructura
es más predecible
es más predecible
22.
DENSIDAD DE ESTRUCTURA EN PLANTA
DENSIDAD DE ESTRUCTURA EN PLANTA
•
• Cu
Cuand
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edificio está mejor preparado para soportar la fuerza cortante de planta
edificio está mejor preparado para soportar la fuerza cortante de planta
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•
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de elementos verticales en la base, que es donde más se necesitan.
de elementos verticales en la base, que es donde más se necesitan.
•
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elementos estructurales verticales dividida por el área bruta del piso. En un
elementos estructurales verticales dividida por el área bruta del piso. En un
edificio moderno esa área es de 1%, en edificios con pórticos y tabiques
edificio moderno esa área es de 1%, en edificios con pórticos y tabiques
asciende al 2%.
asciende al 2%.
23.
Esquinas
Esquinas
•
• Las esquinas de los edificios resistentes plantean problema
Las esquinas de los edificios resistentes plantean problemas especiales. Las
s especiales. Las
es
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aunque el resto de los elementos esté menos solicitado.
aunque el resto de los elementos esté menos solicitado.
•
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configuración general de un edificio, que en planta tiene forma de L, H,
configuración general de un edificio, que en planta tiene forma de L, H,
U, T o planta en cruz.
U, T o planta en cruz.
•
• Es
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esquina entrante.
esquina entrante.
24.
•
• El otro problema, y más importante, es
El otro problema, y más importante, es
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que provoca el sism
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depende las longitudes y alturas de las
depende las longitudes y alturas de las
alas y sus relaciones alto/ancho.
alas y sus relaciones alto/ancho.
•
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interiores conviene separar la planta en
dos cuerpos mediante juntas sísmicas, o
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absorber los esfuerzos que se producen.
absorber los esfuerzos que se producen.
25.
RESISTENCIA PERIMETRAL
RESISTENCIA PERIMETRAL
•
• P
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conveniente tener elementos resistentes en el perímetro
conveniente tener elementos resistentes en el perímetro
del edificio, es decir, ubicar elementos resistentes al sismo
del edificio, es decir, ubicar elementos resistentes al sismo
en las fachadas del edificio.
en las fachadas del edificio.
•
• Cuan
Cuanto más alejado del centro de rigide
to más alejado del centro de rigidez
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resistente que pueda generar. Para este efecto la planta
resistente que pueda generar. Para este efecto la planta
más eficiente es la planta circular, aunque otras formas
más eficiente es la planta circular, aunque otras formas
func
funciona
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n satisfactor
ctoriam
iamente.
ente. Siem
Siempre es conven
pre es convenient
iente
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colocar elementos resistentes al sismo en el perímetro, ya
colocar elementos resistentes al sismo en el perímetro, ya
se
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cos
s con
con di
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con
n
capacidad para resistir corte directo y por torsión.
capacidad para resistir corte directo y por torsión.
26.
Redundancia
Redundancia
•
• La
La re
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dun
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ia de
debe
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ente
tend
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erse
se en
en es
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caso
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como la conformada por un razonable número de
como la conformada por un razonable número de
columnas o muros (o cualquier otro elemento ligado
columnas o muros (o cualquier otro elemento ligado
di
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mero
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mo
fuera igual o mayor que tres elementos por eje. De
fuera igual o mayor que tres elementos por eje. De
manera intuitiva se puede apreciar que un edificio
manera intuitiva se puede apreciar que un edificio
con tres ejes de columnas puede mantenerse en pie
con tres ejes de columnas puede mantenerse en pie
más fácilmente que uno con sólo dos ejes, a pesar
más fácilmente que uno con sólo dos ejes, a pesar
de que un sismo intenso le haya producido graves
de que un sismo intenso le haya producido graves
da
daño
ños
s es
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truc
uctu
tur
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. Es
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cil
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apoyos que sobre dos
apoyos que sobre dos
27.
5.-
5.- IRREGULARIDADES
IRREGULARIDADES SIGNIFICA
SIGNIFICATIV
TIVAS
AS EN
EN
CONFIGURACIONES SENCILLAS
CONFIGURACIONES SENCILLAS
•
• Las
Las estructu
estructuras irregula
ras irregulares tienen discon
res tienen discontinuidades física
tinuidades físicas consideradas en
s consideradas en
su configuración o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales.
su configuración o en sus sistemas resistentes a las fuerzas laterales.
•
• La forma del edificio, tamaño, naturaleza y localización de los elementos
La forma del edificio, tamaño, naturaleza y localización de los elementos
resistentes, es decir: muros, columnas, pisos, núcleos de servicio, escaleras;
resistentes, es decir: muros, columnas, pisos, núcleos de servicio, escaleras;
y
y el
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emen
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los muros
s ex
exter
terior
iores
es dis
dispon
ponen solid
en solidos o
os o con
con
aberturas para iluminación natural y ventilación.
aberturas para iluminación natural y ventilación.
28.
Piso blando
Piso blando
•
• En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de
En cada dirección la suma de las áreas de las secciones transversales de
los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y
los elementos verticales resistentes al corte en un entrepiso, columnas y
muros, es menor que 85% de las correspondientes sumas para el entrepiso
muros, es menor que 85% de las correspondientes sumas para el entrepiso
superior, o es menor que 90% del promedio para los 3 pisos superiores. No
superior, o es menor que 90% del promedio para los 3 pisos superiores. No
es
es ap
apli
lica
cabl
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e en
en só
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mult
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lica
car
r lo
los
s
valores por anteriores por (
valores por anteriores por ( ℎ
ℎ
/ℎ
/ℎ
) donde
) donde ℎ
ℎ
es la altura diferente de piso y
es la altura diferente de piso y
ℎ
ℎ
es la altura típica de piso.
es la altura típica de piso.
29.
Falsa Simetría
Falsa Simetría
•
• En la ubicación de los núcleos de cir
En la ubicación de los núcleos de circulación vertica
culación vertical:
l:
•
•
Por variaciones en la resistencia y rigidez perimetrales en la planta de la
Por variaciones en la resistencia y rigidez perimetrales en la planta de la
edificac
edificación
ión (en
(en elperímetro)
elperímetro).
.
30.
Configuraciones con esquinas interiores
Configuraciones con esquinas interiores
•
• La esquina interior o entrante es una
La esquina interior o entrante es una característica
característica
común de la configuración general del edificio que,
común de la configuración general del edificio que,
en planta, asume la forma de L, T, U, H o +.
en planta, asume la forma de L, T, U, H o +.
•
• La razón por la que
La razón por la que estas configuracione
estas configuraciones son muy
s son muy
utilizadas es
utilizadas es por que
por que estas
estas formas pro
formas proporcionan
porcionan a
a
las habitacio
las habitaciones una g
nes una gran cantida
ran cantidad de
d de aire y
aire y luz.
luz.
31.
•
• PROBLEMAS
PROBLEMAS
•
• Tienden a producir variaciones de rigidez y, por lo tanto,
Tienden a producir variaciones de rigidez y, por lo tanto,
movimientos diferenciale
movimientos diferenciales entre
s entre diversas partes del
diversas partes del
edificio.
edificio.
•
• Otro problema que presentan este tipo de
Otro problema que presentan este tipo de configuracione
configuraciones
s
es la torsión, esto a causa de que el centro de masa y el
es la torsión, esto a causa de que el centro de masa y el
centro de rigidez
centro de rigidez no pueden coincidir geométricamente
no pueden coincidir geométricamente
para todas las direcciones de un sismo.
para todas las direcciones de un sismo.
32.
•
• SOLUCIONES
SOLUCIONES
•
• Existen
Existen dos enfoqu
dos enfoques altern
es alternativos a
ativos al problem
l problema:
a:
•
•
Dividir estructuralmente el edificio en dos formas mas
Dividir estructuralmente el edificio en dos formas mas
sencillas
sencillas
•
• O bien unir con mas fuerza entres los edificios.
O bien unir con mas fuerza entres los edificios.
33.
CONFIGURACIONES ESCALONADAS
CONFIGURACIONES ESCALONADAS VER
VERTICALMENTE
TICALMENTE
•
• Las configuraciones escalonadas constituyen una irregularidad común en
Las configuraciones escalonadas constituyen una irregularidad común en
la geometri
la geometri del edificio y consi
del edificio y consisten en una o mas redu
sten en una o mas reducciones abruptas
cciones abruptas
en el tamaño del piso en la
en el tamaño del piso en la altura del edifico.
altura del edifico.
•
•
34.
•
• Se pueden
Se pueden adoptar escalonamientos básicamen
adoptar escalonamientos básicamente por
te por
tres razones mas comunes:
tres razones mas comunes:
•
•
1.-
1.- Los requ
Los requisito
isitos de zonifi
s de zonificació
cación
n
•
• 2.-
2.- Los
Los requ
requisito
isitos
s de
de progr
programa
ama
•
• 3.-
3.- Los re
Los requis
quisitos d
itos de esti
e estilo
lo
•
•
Otro tipo de
Otro tipo de configuración escalon
configuración escalonada es el que
ada es el que se
se
denominada como escalonado invertido
denominada como escalonado invertido
35.
•
• PROBLEMAS
PROBLEMAS
•
• El problema cae en la discontinuidad: el cambio abrupto de resistencia y
El problema cae en la discontinuidad: el cambio abrupto de resistencia y
rigidez. La asimetría de la torre
rigidez. La asimetría de la torre afecta a la naturaleza de las fuerzas. Se
afecta a la naturaleza de las fuerzas. Se
introducen fuerzas de torsión que complican mas su análisis estructural.
introducen fuerzas de torsión que complican mas su análisis estructural.
•
• Los esfuerzos deben rodear la esquina por
Los esfuerzos deben rodear la esquina por que se ha hecho un cambio de
que se ha hecho un cambio de
sección impidiendo una ruta mas
sección impidiendo una ruta mas directa. Así cuanto mas pequeño sean
directa. Así cuanto mas pequeño sean
los escalones o cambios de sección en un
los escalones o cambios de sección en un escalonamiento normal o
escalonamiento normal o
invertido menor será el problema.
invertido menor será el problema.
•
•
En un escalonamiento invertido, el brazo de palanca (2L) actuando a
En un escalonamiento invertido, el brazo de palanca (2L) actuando a
través del centro de masa (cm)
través del centro de masa (cm) tiene el doble de longitud que el de un
tiene el doble de longitud que el de un
escalonamiento normal y
escalonamiento normal y, por lo
, por lo tanto, los efectos del
tanto, los efectos del volcamiento son
volcamiento son
dobles.
dobles.
36.
•
• SOLUCIONES
SOLUCIONES
•
• El primer tipo de solución consiste en la separación sísmica
El primer tipo de solución consiste en la separación sísmica
completa en
completa en planta, de tal
planta, de tal modo que
modo que las porciones
las porciones de los
de los
edificios estén libres para reaccionar independientemente.
edificios estén libres para reaccionar independientemente.
•
• Cuando el edificio no se separa, se debe prestar atención
Cuando el edificio no se separa, se debe prestar atención
especial para
especial para evitar la
evitar la discontinuidad
discontinuidad vertical de
vertical de las
las
columnas.
columnas.
37.
X) Determinación de la configuración
X) Determinación de la configuración
•
• T
Tres grandes influencias
res grandes influencias para la configuración
para la configuración de un edificio
de un edificio
Requisitos de
Requisitos de
imagen o
imagen o
apariencia
apariencia
Requisitos
Requisitos
del
del
programa
programa
del edificio
del edificio
Requisitos
Requisitos
del terreno
del terreno
38.
Requisitos del terreno (problemas)
Requisitos del terreno (problemas)
•
• A m
A medida que los
edida que los terrenos son mas pequeños, su geometría se
terrenos son mas pequeños, su geometría se
torna mas critica, como determinante de la forma del edificio.
torna mas critica, como determinante de la forma del edificio.
39.
P
Problema de Planificaci
roblema de Planificación interior
ón interior
•
• S
Se
e p
pu
ue
ed
de
e e
ex
xp
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ción
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de es
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paci
cios
os ad
adec
ecua
uado
dos,
s, co
como
mo so
son;
n;
El
El ta
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maño
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Forma
Forma
Equipo
Equipo
Calidad
Calidad
P
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de
e a
ac
ct
ti
iv
vi
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da
ad
d a
a o
ot
tr
ro
o.
.
40.
XI) El diseño sísmico y tipo de edificio.
XI) El diseño sísmico y tipo de edificio.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
XII) Representación grafica del diseño
XII) Representación grafica del diseño
sísmico.
sísmico.
•
• El diseño de un tipo de edificio puede
El diseño de un tipo de edificio puede cambiar notablemente a
cambiar notablemente a
medida que surgen nuevos patrones organizativos.
medida que surgen nuevos patrones organizativos.
