ANALISIS DE DISEÑO SISMICO A BASE DE MARCOS CON RECDF 2004.pdf

8/10/2019 ANALISIS DE DISEO SISMICO A BASE DE MARCOS CON RECDF 2004.pdf

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QUE PARA OBTENER EL TTULO DE INGENIERO CIVIL, PRESENTA:

ANLISIS Y DISEO SSMICO DEUN EDIFICIO A BASE DE MARCOS,

DE ACUERDO AL REGLAMENTO DE

CONSTRUCCIONES DEL DISTRITOFEDERAL 2004

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

CARLOS AMBROSIO LPEZ GMEZ

DIRECTORA DE TESIS:

M. en I. ADRIANA DEL SOCORRO CUEVAS MORN

MXICO, D.F. 2008

TESIS

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS ZACATENCO


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d

_______________________________________________________________________________

DEDICATORIA

A DIOS

Por permitirme haber culminado una etapa ms en mi vida, y por mantenerme con

salud y bienestar.

A MIS PADRES

Por haberme enseado, da con da la forma de manejarme como una persona de

bien en la vida.

A MI HERMANA

Por convivir y brindarme su ejemplo de tenacidad y esfuerzo constante.

A MI NOVIA

Por la paciencia y cario que me ha dado desde el da en que la conoc.

A.L.L. (q.e.d.)

Hemos concluido lo que juntos soamos.


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d

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AGRADECIMIENTOS

La realizacin del presente trabajo fue posible gracias a la ayuda de las siguientes

personas:

A LA DIRECTORA DE LA TESIS:

M. en I. ADRIANA DEL SOCORRO CUEVAS MORN.

Por su paciencia, motivacin y conocimiento brindado.

AL M. en I. ALFREDO PEZ ROBLES.

Por su tiempo, colaboracin, ayuda y observaciones.

AL ING. LUIS IGNACIO ESPINO MRQUEZ.

Por el espacio brindado en la academia de estructuras, para elaborar parte del

presente trabajo.


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AL ING. ALEJANDRO JESS LPEZ ARGUELLEZ.

Por los consejos brindados.

AL INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL.

A LA ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS ZACATENCO.

Si tu hermano pasa necesidad y ves que no puede

salir del apuro, aydalo, aunque sea forastero o

husped, para que pueda vivir junto a ti

(Lev. 25,35).


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NDICEd

__________________________i

NDICE

Capitulo 1 Introduccin 1

Justificacin 3

Objetivo y alcances 4

Estado del arte 6

Metodologa de investigacin 12

Capitulo 2 Anlisis ssmico 13

Esttico 33

Capitulo 3 Diseo de elementos estructurales

(trabes,..columnas..y..losa) 39

Capitulo 4 Ejemplo de aplicacin 93

Estudios preliminares 93

Descripcin del proyecto 98

Estructuracin 100

Predimensionamiento 101

Anlisis de cargas 122

Modelado del edificio 155


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NDICEd

__________________________ii

Anlisis ssmico 169

Diseo de trabes 202Diseo de columnas 226

Diseo de losa 263

Capitulo 5 Conclusiones y recomendaciones 281

Anexos 285

I.Anexo..fotogrfico 285

II.Mapa..de..zona..ssmica 290

III.Corridas..SAP..2000 291

Bibliografa 295


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CAPTULO 1 INTRODUCCINd

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1

CAPTULO 1

INTRODUCCIN

Una estructura en general es una unidad formada a base de diversos elementos,

que en su conjunto brindan estabilidad a esta misma, ante acciones internas y

externas, las cules son transmitidas a travs de la cimentacin al terreno.

La estructura debe cumplir la funcin a la que esta destinada con un grado

razonable de seguridad, y de manera que tenga un comportamiento adecuado en

las condiciones normales de servicio (Gonzlez, 2006).

El contar con informacin clara y eficiente para el anlisis y diseo de edificios

resulta primordial para los profesionistas, estudiantes de ingeniera estructural,

arquitectos, etc., los cules tratan con estos temas de manera muy importante.

El sistema estructural de la edificacin motivo de este trabajo, es a base de

marcos de concreto ortogonales entre s. Los marcos estn conformados por

elementos horizontales (trabes) y verticales (columnas). Estos en su conjunto

brindan la estabilidad necesaria en la edificacin.

Por lo que se procede al anlisis del edificio, con el objeto de observar el

comportamiento estructural ante una eventualidad ssmica, de tal manera que se

pueda describir el diseo de cada uno de los elementos que lo conforman: trabes,

columnas y losa.


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2

En el alcance de este trabajo solo se dise la superestructura, el diseo de la

cimentacin no fue considerado, sin embargo podra ser motivo de un trabajo

futuro.


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JUSTIFICACIN

El presente trabajo consiste en realizar la metodologa para el anlisis y diseo

ssmico de un edificio a base de marcos de acuerdo al Reglamento de

Construcciones del Distrito Federal del 29 de enero de 2004(RCDF 2004). Se

justifica para ejemplificar los aspectos primordiales del diseo ssmico de edificios,

en virtud de los cambios efectuados a las Normas Tcnicas Complementarias

para Diseo y Construccin de Concreto 2004 (NTCC 2004) y las Normas

Tcnicas Complementarias para Diseo por Sismo 2004 (NTCS 2004) . Es

importante en la ingeniera civil contar con informacin clara y eficiente, para elanlisis y diseo de edificios. Este trabajo puede tomarse como base para el

diseo de edificios, siguiendo la metodologa que presenta este trabajo,

adaptndolo a la normatividad que rija en el momento en que se consulte.


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OBJETIVO Y ALCANCES

El objetivo de este estudio, es describir con el RCDF 2004, la metodologa para el

anlisis y diseo ssmico de un edificio, empleando el mtodo esttico.

En el proceso de anlisis se identificaron todos los pesos propios que estn

actuando en la estructura del edificio. Al iniciarse el anlisis para el

predimensionamiento se recurre a mtodos aproximados y recomendaciones que

han dado los ingenieros calculistas con su experiencia. Los subsistemas

horizontales y verticales se deben dimensionar tomando en cuenta los dosconceptos bsicos siguientes: resistencia y deformabilidad. Deben hacerse

tanteos gruesos preliminares, de tal forma que los clculos subsecuentes no sean

desperdiciados por cambiar las dimensiones de los elementos estructurales;

especialmente los espesores de las losas que repercuten en los pesos unitarios de

diseo. El dimensionamiento definitivo, consiste en obtener las secciones reales

de los diversos elementos estructurales: trabes, columnas y losa.

(Vase Captulo 4)

En el diseo se realiza el anlisis ssmico, el cul permite determinar que fuerzas

representan la accin ssmica sobre el edificio y qu elementos mecnicos

(fuerzas normales, cortantes y momentos flexionantes) producen dichas fuerzas

en cada miembro estructural del edificio.

Se aplica el mtodo esttico de las Normas Tcnicas Complementarias para

Diseo por Sismo (NTCS 2004, seccin 2.2), para un edificio propuesto en el

Captulo 4 del presente trabajo.


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No se aplica el anlisis dinmico ya que se tiene que realizar para estructuras

irregulares de ms de 20 m de altura cuando se ubica en zona I o II, y el ejemplo

de aplicacin propuesto es un edificio irregular que mide 10.80 m de altura

(establecido en la seccin 2.2 de las NTCS 2004), el cul es menor de 20 m, por lo

tanto se aplica el anlisis ssmico esttico.

Por otra parte, no se requiere realizar el anlisis dinmico, ya que la respuesta

dinmica para edificios de poca altura es similar a la que supone el anlisis

esttico (figura 1.1)

Figura 1.1 Comparativa entre la distribucin de fuerzas de inercia del mtodo

esttico y el primer modo de vibracin que rige la respuesta en el mtodo dinmico

modal.


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ESTADO DEL ARTE

Durante el desarrollo del diseo ssmico de edificios, se han determinado las

magnitudes de los coeficientes ssmicos de la observacin del comportamiento de

las construcciones durante los temblores que han sacudido a la Ciudad de Mxico

desde los aos 40.

El Reglamento de 1942 fue el primero que incluy recomendaciones para diseo

ssmico. El coeficiente ssmico era independiente de las caractersticas

geomtricas y estructurales de la edificacin. No se revisaban los desplazamientoslaterales de entrepiso. Los edificios de altura no mayor a 16 m, no requeran

diseo por sismo.

Despus de la Segunda Guerra Mundial se empezaron a construir edificios, para

oficinas, con fachadas de canceles de lmina y vidrio, y sin muros divisorios

resistentes, exceptuando los de elevadores y servicios que, por su posicin en

planta ocasionaban torsiones importantes, que no se incluan en el anlisis. La

resistencia y rigidez laterales de esos edificios son proporcionadas, casi

exclusivamente por los marcos.

Los efectos del temblor del 28 de julio de 1957 demostraron que la respuesta de

las construcciones ante un sismo determinado depende de sus caractersticas

propias y del tipo del suelo en que se desplanta la construccin.

Para tener en cuenta esos factores, en las normas de emergencia de 1957,

emitidas inmediatamente despus del terremoto, el Distrito Federal se dividi en

tres zonas, y el coeficiente ssmico de diseo se varo en funcin de la zona en

que se encuentra la estructura y de las caractersticas de la edificacin.


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Los coeficientes ssmicos del reglamento de 1966 son un poco menores que los

de 1957; tambin disminuye de 2 a 1.3, el factor por el que han de multiplicarse

para disear estructuras del grupo A. Las disminuciones se debieron a que se

subestim la intensidad del sismo, explicando que la mayor parte de los daos

estructurales fueron causados por defectos constructivos.

En 1957 no se contaba con instrumentos en la Ciudad de Mxico para medir la

intensidad del temblor, el coeficiente de 0.06 en la zona III, se obtuvo de

mediciones aproximadas de los desplazamientos relativos de entrepiso en la base

de la Torre Latinoamericana, y del valor terico de su rigidez. Se determin larespuesta de una estructura que tiene un perodo de vibracin muy alejado del

propio del suelo en que se apoya.

Para 1976 se actualiz el Reglamento, y en el cul se introduce por primera vez, el

concepto de ductilidad, por medio del factor Q. El diseo se hace para la accin

simultnea del 100% de las fuerzas ssmicas en una direccin y el 30% de las

fuerzas en la direccin ortogonal.

Los terribles efectos de los terremotos del 19 y 20 de septiembre de 1985

originaron la emisin inmediata de unas nuevas norma de emergencia. En ellas se

aumentan significativamente los coeficientes ssmicos de diseo de la zona III, en

vista de que todos los edificios colapsados, y la mayora de los que sufrieron

daos importantes, se encontraban en ella; los de la zona II crecen en menor

proporcin, y no se modifican los de la zona I.

En 1987 se conservan los coeficientes ssmicos de las zonas I y III.


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El Reglamento de 1993 es idntico al de 1987 en todos los aspectos relativos al

diseo estructural.

El Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal de 2004 y las Normas

Tcnicas Complementarias de 2004 se describen ms adelante.

FILOSOFA DEL DISEO SSMICO

Toda estructura y cada una de sus partes deben disearse para cumplir con los

requisitos siguientes: tener seguridad adecuada contra la aparicin de todo estadolmite de falla posible ante las combinaciones de acciones ms desfavorables que

puedan presentarse durante su vida esperada y no rebasar ningn estado lmite

de servicio ante combinaciones de acciones que corresponden a condiciones

normales de operacin.

(RCDF 2004, artculo 147)

Se considerar como estado lmite de falla cualquier situacin que corresponda al

agotamiento de la capacidad de carga de la estructura o de cualquiera de sus

componentes, incluyendo la cimentacin, o al hecho de que ocurran daos

irreversibles que afecten significativamente su resistencia ante nuevas

aplicaciones de carga y se considerar como estado lmite de servicio la

ocurrencia de desplazamientos, agrietamientos, vibraciones o daos que afecten

el correcto funcionamiento de la edificacin, pero que no perjudiquen su capacidad

para soportar cargas.

(RCDF 2004, artculos 148 al 149)

Las grandes incertidumbres en la estimacin tanto de las caractersticas de

movimientos ssmicos, como del comportamiento y capacidad de los elementos


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estructurales ante ellos, hacen que no sea posible establecer, dentro de lmites

racionales y econmicos, criterios de diseo que garanticen la ausencia de daos

en una estructura ante la accin de cualquier temblor. El objeto del diseo por

sismo es esencialmente, minimizar daos y preservar la vida humana, an en los

casos ms severos. Especficamente, mediante las recomendaciones para diseo,

se pretende que la mayora de las estructuras resistan.

(Avils, 1993)

La mayora de los Reglamentos modernos de diseo ssmico establecen como

objetivos, por una parte, evitar el colapso, pero aceptar dao, ante un sismoexcepcionalmente severo que se pueda presentar en la vida de la estructura; y por

otra, evitar daos de cualquier tipo ante sismos moderados que tengan una

probabilidad significativa de presentarse en ese lapso. Por lo que se derivan los

siguientes estados lmites:

a) Estado lmite de servicio, para el cual no se excedan deformaciones que

ocasionen pnico a los ocupantes, interferencia con el funcionamiento de

equipos e instalaciones, ni daos en elementos no estructurales. Evitando

que se exceda dicho lmite para sismos de intensidad moderada que

pueden presentarse varias veces en la vida de la estructura.

b) Estado lmite de integridad estructural, para el cual se puede presentar

dao estructural y dao no estructural menor, como agrietamiento en

estructuras de concreto, pero no se alcanza la capacidad de carga de los

elementos estructurales. Como objetivo de este lmite no se debe exceder

para sismos severos que tienen una posibilidad significativa de presentarse

en la vida de la estructura.


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c) Estado lmite de supervivencia, para el cual puede haber dao estructural

significativo, y hasta en ocasiones ms all de lo econmicamente

reparable, pero se mantiene la estabilidad general de la estructura y se

evita el colapso. En tal lmite no debe excederse ni para sismos

extraordinarios que tengan una muy pequea probabilidad de ocurrencia.

(Bazn y Meli 2004)

Como casos especiales, las estructuras esenciales para la seguridad y bienestar

pblicos en casos de emergencia, estructuras del grupo A (RCDF 2004) como

hospitales, estaciones de bomberos, etc., deben disearse con el criterio de quepermanezcan funcionando durante y despus de un sismo.

(Avils, 1993)

ESPECIFICACIONES PARA EL DISEO SSMICO

Los criterios de diseo ssmico del (RCDF 2004) y (NTCS 2004) se presentarn

aqu, en sus aspectos esenciales. Este reglamento presenta modificaciones

relevantes en lo relativo a diseo ssmico, con respecto a la versin que fue

promulgada en 1995.

El ttulo sexto del RCDF 2004 est denominado como Seguridad Estructural de las

Construcciones y consta de 12 captulos, varios de los cuales contienen

disposiciones referentes al diseo ssmico; en particular, el captulo VI,

denominado Diseo por Sismo y en sus clusulas se establecen las bases y

requisitos de diseo para que las estructuras tengan adecuada seguridad ante la

accin ssmica. Este captulo est formado por (RCDF 2004, artculos del 164 al

167) y hace referencia a las NTCS 2004 el cul contiene 11 secciones y un

apndice dividido a su vez en las secciones A1 a A6.


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El cuerpo principal del RCDF 2004 incluye los requisitos de carcter general. Los

mtodos de anlisis y prescripciones particulares para estructuras especficas

estn contenidos en las NTCS 2004, tambin los requisitos especficos para el

diseo ssmico de los principales materiales estructurales se encuentran en las

Normas Tcnicas para Diseo y Construccin de Estructuras de Concreto,

Metlicas, de Mampostera y de Madera, respectivamente.

La zona III se subdivide en 4 subzonas de acuerdo a los estudios de espectros de

respuesta de cada una, variando entre 0.30 y 0.45 el valor del coeficiente ssmico

(ver tabla 2.1 del captulo 2).

En las NTCS 2004 se consideran 3 mtodos de anlisis ssmico: Simplificado,

Esttico y Dinmico, los cuales se mencionan en el captulo 2 del presente trabajo.

De acuerdo a las condiciones de regularidad se reduce el factor de

comportamiento ssmico (Q), multiplicando por 0.9 si no se cumple con una

condicin, por 0.8 cuando no se cumplen dos condiciones y por 0.7 cuando se

dejan de cumplir 3 o ms condiciones (esta es una forma ms racional de

considerar la reduccin de fuerzas ssmicas de determinadas estructuras).

En este trabajo no se consider la interaccin suelo estructura para edificaciones

en zona II y III, de acuerdo al apndice A, inciso A.6, NTCS 2004. Debido a que el

alcance de esta investigacin, solamente es plantear la metodologa del diseo de

un edificio. Siendo la interaccin suelo estructura, un tema de tesis interesante a

desarrollarse en un futuro.


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METODOLOGA DE INVESTIGACIN

Se plante la justificacin de la necesidad de actualizar la bibliografa referente al

diseo ssmico de edificios, con base en la normatividad vigente.

Para lo cul se defini el objetivo del trabajo, y los propsitos a alcanzar.

Para recabar la informacin se recurri a las instituciones y fuentes de informacin

que permitieron realizar este proyecto de manera sencilla y accesible: bibliotecas,

universidades, facultades, institutos, asesoras, Internet, libros, artculos derevistas, apuntes, medios electrnicos y videos.

Se consult la literatura referente al anlisis y diseo ssmico de edificios y se

elaboraron referencias bibliogrficas.

Se recurri a la normatividad vigente y bibliografa correspondiente para poder

comprender el anlisis ssmico con sus diversos mtodos as como las bases y

criterios para el diseo de elementos estructurales que se establece en las NTCC

2004 y las NTCS 2004.

Una vez terminado, estudiado y entendido lo anterior, se procedi al desarrollo del

ejemplo de aplicacin que consisti en el anlisis y diseo ssmico de un edificio a

base de marcos de concreto ortogonales entre s, de acuerdo al RCDF 2004.

En el captulo 5 se describen las conclusiones y recomendaciones. Se incluyeron

anexos y referencias.


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CAPTULO 2 ANLISIS SSMICOd

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CAPTULO 2

ANLISIS SSMICO

ELECCIN DEL TIPO DE ANLISIS

Segn sean las caractersticas de la estructura de que se trate, sta podr

analizarse por sismo mediante el mtodo simplificado, el mtodo esttico o unodinmico (paso a paso o modal del captulo 7 a 9, NTCS 2004), las limitaciones

para la utilizacin de estos mtodos se establecen en la seccin 2, NTCS 2004.

MTODO SIMPLIFICADO DE ANLISIS

El mtodo simplificado (NTCS 2004, captulo 7), ser aplicable al anlisis de

edificios que cumplan simultneamente los siguientes requisitos:

a) En cada planta, al menos el 75 por ciento de las cargas verticales estarn

soportadas por muros ligados entre s mediante losas monolticas u otros sistemas

de piso suficientemente resistentes y rgidos al corte. Dichos muros tendrn

distribucin sensiblemente simtrica con respecto a dos ejes ortogonales y

debern satisfacer las condiciones que establecen las Normas correspondientes.

Para que la distribucin de muros pueda considerarse sensiblemente simtrica, se

deber cumplir en dos direcciones ortogonales, que la excentricidad torsionalcalculada estticamente, es, no exceda del diez por ciento de la dimensin en

planta del edificio medida paralelamente a dicha excentricidad, b. La excentricidad

torsional es podr estimarse como el cociente del valor absoluto de la suma

algebraica del momento de las reas efectivas de los muros, con respecto al


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centro de cortante del entrepiso, entre el rea total de los muros orientados en la

direccin de anlisis. El rea efectiva es el producto del rea bruta de la seccin

transversal del muro y del factor FAE, que est dado por:

2.1(NTCS 2004, 2.1, pg. 61)

2.2(NTCS 2004, 2.1, pg. 61)

Donde H es la altura del entrepiso y L la longitud del muro.

Los muros a que se refiere este prrafo podrn ser de mampostera, concreto

reforzado, placa de acero, compuestos de estos dos ltimos materiales, o de

madera; en este ltimo caso estarn arriostrados con diagonales. Los muros

debern satisfacer las condiciones que establecen las Normas correspondientes.

b) La relacin entre longitud y ancho de la planta del edificio no exceder de 2.0, a

menos que para fines de anlisis ssmico se pueda suponer dividida dicha planta

en tramos independientes cuya relacin entre longitud y ancho satisfaga esta

restriccin y las que se fijan en el inciso anterior, y cada tramo resista segn el

criterio que se establece en el captulo 7 de las NTCS 2004.

c) La relacin entre la altura y la dimensin mnima de la base del edificio noexceder de 1.5 y la altura del edificio no ser mayor de 13 m.

33.1;1 =L

HsiFAE

33.1;33.1

2

>

= L

H

siH

L

FAE


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ANLISIS ESTTICO Y DINMICO

En las NTCS 2004 se establece que los mtodos dinmicos de su captulo 9

pueden utilizarse para el anlisis de toda estructura, cualesquiera que sean sus

caractersticas. Puede utilizarse el mtodo esttico del captulo 8 para analizar

estructuras regulares, segn se define en el captulo 6, de altura no mayor de 30

m, y estructuras irregulares de no ms de 20 m. Para edificios ubicados en la zona

I, los lmites anteriores se amplan a 40 m y 30 m, respectivamente. Con las

mismas limitaciones relativas al uso del anlisis esttico, para estructuras

ubicadas en las zonas II III tambin ser admisible emplear los mtodos deanlisis del apndice A de las NTCS 2004, en los cuales se tienen en cuenta los

periodos dominantes del terreno en el sitio de inters y la interaccin suelo

estructura.

(NTCS 2004, seccin 2.2)

ESPECTROS PARA DISEO SSMICO

Cuando se aplique el anlisis dinmico modal establecido en el captulo 9 de las

NTCS 2004, se adoptar como ordenada del espectro de aceleraciones para

diseo ssmico, a, expresada como fraccin de la aceleracin de la gravedad, la

que se estipula a continuacin:

2.3(NTCS 2004, 3.1, pg. 62)

2.4(NTCS 2004, 3.1, pg. 62)

2.5(NTCS 2004, 3.1, pg. 62)

( ) aa

TTsiT

Tacaa = ;


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Donde:

2.6(NTCS 2004, 3.2, pg. 62)

Los parmetros que intervienen en estas expresiones se obtienen de la siguiente

tabla:

Zona c a0 Ta1 Tb

1 rI 0.16 0.04 0.2 1.35 1.0II 0.32 0.08 0.2 1.35 1.33

IIIa 0.40 0.10 0.53 1.8 2.0IIIb 0.45 0.11 0.85 3.0 2.0IIIc 0.40 0.10 1.25 4.2 2.0IIId 0.30 0.10 0.85 4.2 2.0

Periodos en segundos

Tabla 2.1 Valores de los parmetros para calcular losespectros de aceleraciones (NTCS 2004, tabla 3.1, pg. 62).

REDUCCIN DE FUERZAS SSMICAS

En las NTCS 2004 en su captulo 4 se estipula que para el clculo de las fuerzas

ssmicas para anlisis esttico, se emplear un factor de reduccin Q que se

calcular como sigue:

2.7(NTCS 2004, 4.1, pg. 62)

2.8(NTCS 2004, 4.1, pg. 62)

T se tomar igual al periodo fundamental de vibracin de la estructura cuando se

utilice el mtodo esttico, e igual al periodo natural de vibracin del modo que se

r

b TTq )/(=

aTTsioTdesconocesesiQQ = ,;

( ) aa

TTsiQTTQ


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considere cuando se utilice el anlisis dinmico modal; Ta es un perodo

caracterstico del espectro de diseo (NTCS 2004, captulo 3). Q es el factor de

comportamiento ssmico (NTCS 2004, captulo 5).

Para el diseo de estructuras que sean irregulares, el valor de Q se corregir

como se indica en las NTCS 2004 en su captulo 6.

Sera imprctico disear edificios para que resistan sismos severos manteniendo

comportamiento elstico; por tanto, los reglamentos de construccin prescriben

materiales y detalles constructivos, tales que las estructuras pueden incursionar enel comportamiento inelstico y disipar la energa impartida por un temblor fuerte

mediante histresis. Esto permite reducir las fuerzas elsticas de diseo ssmico,

mediante factores que reflejan la capacidad del sistema estructural, para

deformarse inelsticamente ante fuerzas laterales alternantes sin perder su

resistencia, a lo que se denomina ductilidad. En el caso del RCDF 2004, las

fuerzas para anlisis esttico y las obtenidas del anlisis dinmico modal se

pueden reducir dividindolas entre el factor Q que depende del factor de

comportamiento ssmico Q (Bazn y Meli, 2004).

EFECTOS DE LA FORMA DEL EDIFICIO

La forma de un edificio tiene mucho que ver con la determinacin de los efectos de

actividad ssmica en el edificio. El anlisis de la respuesta ssmica, a menudo se

simplifica por el hecho de que se estudian, principalmente aquellos elementos del

edificio que intervienen, directamente, en la resistencia a fuerzas laterales; es lo

que se le conoce como sistema resistente lateralmente. As, la mayor parte de la

construccin del edificio, incluyendo partes de la estructura que funcionan

estrictamente para resistir cargas de gravedad, tienen solo una participacin

mnima en la respuesta ssmica. Un anlisis de los aspectos relacionados con la


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forma del edificio debe incluir la consideracin de dos situaciones separadas: la

forma del edificio como un todo y la forma del sistema resistente lateralmente. La

masa vertical del edificio tiene varias complicaciones en su respuesta ssmica. Los

tres perfiles de edificios mostrados en las figuras 2.1a, b y c representan un

intervalo de respuesta potencial con respecto al perodo fundamental del edificio y

los aspectos de deflexin lateral. El edificio corto y rgido mostrado en a)tiende a

absorber una mayor sacudida producida por un sismo debido a su rpida

respuesta (corto periodo de vibracin natural). El edificio alto y esbelto, por otra

parte, responde lentamente, disipando parte de la energa de la accin ssmica en

su movimiento. Sin embargo, el edificio alto puede generar una respuestamultimodal, un efecto de latigazo o, simplemente, tanta deflexin real que pueden

presentarse problemas. La estructura mostrada en la figura 2.1d posee un

potencial considerable de estabilidad con respecto a fuerzas laterales, mientras

que el mostrado en la figura 2.1epresenta cambios drsticos las reas delimitadas

por los paos exteriores de sus elementos resistentes verticales. De especial

importancia es el caso en el que se produce un cambio abrupto de rigidez en la

masa vertical. La estructura que se muestra en la figura 2.1f tiene una forma

abierta en su base, lo que da por resultado el llamado nivel dbil. Como con la

planta del edificio la consideracin de la distribucin vertical de la masa debe

incluir un inters particular por la forma del sistema resistente lateralmente, as

como por la forma de todo el edificio. En la ilustracin de la figura 2.1gse muestra

un edificio cuyo perfil total es bastante robusto. Sin embargo, si el edificio se

arriostrara con una serie de muros de cortante interiores, como se muestra en la

seccin, lo que se debe considerar es el perfil de los muros de cortante. En este

caso, el muro de cortante es de perfil bastante esbelto (Ambrose, 2000).


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Figura 2.1 Consideraciones del perfil del edificio y resistencia a carga lateral(Ambrose 2000, pg. 56)

FACTOR DE COMPORTAMIENTO SSMICO

El factor de comportamiento ssmico (Q) no solo depende de la ductilidad del

edificio sino tambin de las siguientes consideraciones:

Puesto que el valor de (Q) depende del sistema estructural, y en un edificio dado

la estructuracin puede ser diferente en las direcciones de anlisis, podra

pensarse en utilizar distintos valores de Q en cada direccin. Los desplazamientos

y deformaciones se han calculado empleando el mtodo esttico o dinmico


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modal espectral con fuerzas reducidas, los valores calculados deben multiplicarse

por Q para verificar las condiciones correspondientes a estados lmite de servicio,

las separaciones con estructuras colindantes y los efectos P-delta. Por ejemplo,

con relacin a las fuerzas cortantes expresadas en un edificio con planta baja

dbil, todos los entrepisos pueden estar sobrediseados salvo uno o unos

cuantos, y entonces la demanda de ductilidad que se impone al entrepiso dbil en

planta baja es muy grande. De all que, para que pueda aprovecharse un factor de

ductilidad (factor de comportamiento ssmico) elevado, haya que asegurarse de

que en ningn entrepiso el cociente de fuerza cortante resistente entre el actuante

es muy inferior al promedio. Cabe comentar que el hecho de utilizar en el diseofactores de comportamiento ssmico de 3 o 4 no asegura que ante sismos intensos

o moderados los edificios no sufran dao y, como consecuencia, no requieran

trabajo de reparacin despus de ocurrido el sismo. Los requisitos que permiten el

uso de Q para valores de 1 a 2 probablemente no merezcan mayor comentario

como no sea sealar que la mayor vulnerabilidad de los muros de mampostera

hechos con piezas huecas respecto a los fabricados con piezas macizas proviene

de que, ante deformaciones relativamente pequeas, se desprenden las paredes

de los bloques que constituyen dichos muros, lo cual los hace particularmente

frgiles (Rosenblueth et al 1991).

Para el factor de comportamiento ssmico Q, se adoptarn los valores

especificados en alguna de las secciones siguientes, segn se cumplan los

requisitos en ellas indicados.

(NTCS 2004, captulo 5)

Requisitos para Q= 4, (NTCS 2004, seccin 5.1)

Se usar Q= 4 cuando se cumplan los requisitos siguientes:


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a) La resistencia en todos los entrepisos es suministrada exclusivamente por

marcos no contraventeados de acero, concreto reforzado o compuestos de los dos

materiales, o bien por marcos contraventeados o con muros de concreto reforzado

o de placa de acero compuestos de los dos materiales, en los que en cada

entrepiso los marcos son capaces de resistir, sin contar muros ni contravientos,

cuando menos 50 por ciento de la fuerza ssmica actuante.

b) Si hay muros de mampostera ligados a la estructura en la forma especificada

en las NTCS 2004 en la seccin 1.3.1, stos se deben considerar en el anlisis,

pero su contribucin a la resistencia ante fuerzas laterales slo se tomar encuenta si son de piezas macizas, y los marcos, sean no contraventeados, y los

muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de los dos

materiales, son capaces de resistir al menos 80 por ciento de las fuerzas laterales

totales sin contribucin de los muros de mampostera.

c) El mnimo cociente de la capacidad resistente de entrepiso entre la accin de

diseo no difiere en ms de 35 por ciento del promedio de dichos cocientes para

todos los entrepisos. Para verificar cumplimiento de este requisito, se calcular

capacidad resistente de cada entrepiso teniendo cuenta todos los elementos que

puedan contribuir a la resistencia, en particular los muros que se hallen en el caso

de la seccin 1.3.1 de las NTCS 2004. El ltimo entrepiso queda excluido de este

requisito.

d) Los marcos y muros de concreto reforzado cumplen con los requisitos que fijan

las Normas correspondientes para marcos y muros dctiles.

e) Los marcos rgidos de acero satisfacen los requisitos para marcos con

ductilidad alta que fijan las Normas correspondientes, o estn provistos de

contraventeo excntrico de acuerdo con las mismas Normas.


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Se usar Q= 3 cuando se satisfacen las condiciones las NTCS 2004, secciones

5.1.b y 5.1.d 5.1.e; y en cualquier entrepiso dejan de satisfacerse las

condiciones de las NTCS 2004, secciones 5.1.a 5.1.c, pero la resistencia en

todos los entrepisos es suministrada por columnas de acero o de concreto

reforzado con losas planas, por marcos rgidos de acero, por marcos de concreto

reforzado, por muros de concreto o de placa de acero o compuestos de los dos

materiales, por combinaciones de stos y marcos o por diafragmas de madera.

Las estructuras con losas planas y las de madera debern adems satisfacer losrequisitos que en particular marcan las Normas correspondientes. Los marcos

rgidos de acero satisfacen los requisitos para ductilidad alta o estn provistos de

contraventeo concntrico dctil, de acuerdo con las Normas correspondientes.


Se usar Q= 2 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada por losas

planas con columnas de acero o de concreto reforzado, por marcos de acero con

ductilidad reducida o provistos de contraventeo con ductilidad normal, o de

concreto reforzado que no cumplan con los requisitos para ser considerados

dctiles, o muros de concreto reforzado, de placa de acero o compuestos de acero

y concreto, que no cumplen en algn entrepiso lo especificado para Q igual a 4 y

Q igual a 3, o por muros de mampostera de piezas macizas confinados por

castillos, dalas, columnas o trabes de concreto reforzado o de acero que

satisfacen los requisitos de las Normas correspondientes.

Tambin se usar Q= 2 cuando la resistencia es suministrada por elementos de

concreto prefabricado o presforzado, con las excepciones que sobre el particular

marcan las Normas correspondientes, o cuando se trate de estructuras de madera


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con las caractersticas que se indican en las Normas respectivas, o de algunas

estructuras de acero que se indican en las Normas correspondientes.

Requisitos para Q= 1.5, (NTCS 2004, seccin 5.4)

Se usar Q= 1.5 cuando la resistencia a fuerzas laterales es suministrada en todos

los entrepisos por muros de mampostera de piezas huecas, confinados o con

refuerzo interior, que satisfacen los requisitos de las Normas correspondientes, o

por combinaciones de dichos muros con elementos como los descritos para los

casos cuando Q es igual a 3 y Q igual a 2, o por marcos y armaduras de madera,o por algunas estructuras de acero que se indican en las Normas

correspondientes.


Se usar Q igual a 1 en estructuras cuya resistencia a fuerzas laterales es

suministrada al menos parcialmente por elementos o materiales diferentes de los

arriba especificados, a menos que se haga un estudio que demuestre, a

satisfaccin de la Administracin, que se puede emplear un valor ms alto que el

que aqu se especifica; tambin en algunas estructuras de acero que se indican en

las Normas correspondientes.

En todos los casos se usar para toda la estructura, en la direccin de anlisis, el

valor mnimo de Q que corresponde a los diversos entrepisos de la estructura en

dicha direccin.

El factor Q puede diferir en las dos direcciones ortogonales en que se analiza la

estructura, segn sean las propiedades de sta en dichas direcciones.


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CONDICIONES DE REGULARIDAD

Para que una estructura pueda considerarse regular (NTCS 2004, seccin 6.1)

debe satisfacer los siguientes requisitos.

1) Su planta es sensiblemente simtrica con respecto a dos ejes ortogonales por

lo que toca a masas, as como a muros y otros elementos resistentes. stos son,

adems, sensiblemente paralelos a los ejes ortogonales principales del edificio.

Donde:

L= largo

b= ancho

Figura 2.2 Planta de un edificio simtrico


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2) La relacin de su altura a la dimensin menor de su base es menor a 2.5.

5.2

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