S01 III 1 Dsismico criterios estructuracion

CRITERIOS ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS

Y ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES

Viviana Aguilar - Oscar Brenes - Diana Guisellini

- Natalia Mairena - Denise Mannix

Criterios de estructuración de edificios

CRITERIOS

ESTRUCTURACION DE EDIFICIOS Buena estructuración resistencia sísmica

Recomendaciones Configuración estructural Planta Elevación Distribución Soluciones de elementos

REGULARES Y ROBUSTOS

LIMITACION FORMAS ATREVIDAS

NECESIDADES ARQUITETCONICAS - ESTRUCTURALES

ESTETICO-SEGURO

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Ligero Evitar masas excesivas en las partes altas del edifico Ubicar en pisos bajos las áreas con mayor concentraciones de pesos

Evitar diferencias de pesos en pisos sucesivos vibraciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio.

Distribución simétrica del peso

_peso

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Asimetría de la planta Provoca vibraciones torsionales.

Soluciones

Forma del edificio en planta Distribución apropiada de elementos rigidizantes para coincidir centro de masa y centro de torsión.

Subdivisión de cuerpos independientes mediante juntas sísmicas.

Vigas de liga exteriores.

_forma planta

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Alas muy alargadas Alas vibran en direcciones diferentes.

Soluciones

Forma del edificio en planta Subdivisión de cuerpos independientes y cortos mediante juntas simétricas

rigidez a los extremos de las alas y reforzar cuidadosamente las esquinas interiores

_forma planta

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Plantas muy alargadas Vibraciones en direcciones diferentes

Plantas con esquinas entrantes. Concentraciones de esfuerzos en las esquinas entrantes.

_forma planta

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Recomendaciones

Sencillez – Regularidad - Simetría • •

Evitar concentración de esfuerzos Evitar amplificar la vibración en partes superiores

Reducciones bruscas en la parte superior “Chicoteo”

Altura excesiva de la construcción • • •

Volteo Inestabilidad Transmisión de cargas elevadas a cimentación y subsuelo

Análisis dinámicos de la estructura Proporcionar rigidez lateral en dirección a la parte mas esbelta del edificio Cimentación rígida

_forma elevación

Formas de manejo

CARACTERISTICAS RELEVANTES

COMPORTAMIENTO SISMICO Separación suficiente con edificios adyacentes Evitar el golpe de cuerpos al vibrar. (México 1985)

Forma del edificio en planta Diferencia de alturas  Mayor daño Vibración de las losas de piso de un edificio golpeen a media altura las columnas del otro

Rigidizar edificios Limitar movimientos laterales, ligarlos para que vibren en fase.

_separación entre edificios

REQUISITOS

BASICOS DE ESTRUCTURACION 1. El edificio debe poseer una configuración de elementos estructurales que le confiera resistencia y rigidez a cargas laterales en cualquier dirección. Esto se logra proporcionando sistemas resistentes en dos direcciones ortogonales. 2. La configuración de los elementos estructurales debe permitir un flujo continuo, regular eficiente las fuerzas sísmicas desde el punto en que Forma del yedificio endeplanta éstas se generan ( o sea, de todo punto donde haya una masa que produzca fuerzas de inercia ) hasta el terreno. • Hay que evitar las amplificaciones de las vibraciones, las concentraciones de solicitaciones y las vibraciones torsionales que pueden producirse por la distribución irregular de masas o rigideces en planta o e elevación. Para esto la estructura debe ser sencilla, regular, simétrica, continua. • Los sistemas estructurales deben disponer de redundancia y de capacidad de deformación inelástica que les permitan disipar la energía introducida por sismos de excepcional intensidad, mediante elevado amortiguamiento inelástico y sin la presencia de fallas frágiles locales y globales.

REQUISITOS

BASICOS DE ESTRUCTURACION Recomendación de estructuración •Marco tridimensional •formado por columnas y vigas en dos direcciones, conectadas entre sí de manera de permitir la transmisión de momentos flexionantes y proporcionar rigidez lateral a la estructura.

Forma del edificio en planta •Marco rigidizado con diagonales de contraviento, con núcleos rígidos o con muros de relleno. En estas estructuras las interacción entre los dos sistemas básicos produce una distribución de las cargas laterales que es compleja y variable con el número de pisos, pero que da lugar a incrementos sustanciales de rigidez y resistencia con respecto a la estructura a base de marcos.

•Estructura tipo cajón, de paredes de carga, esta formada por paneles verticales y horizontales conectados para proporcionar continuidad.

REQUISITOS

ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION Sistema estructural que le proporcione rigidez y resistencia en dos direcciones ortogonales capaz de soportar los efectos sísmicos en cualquier dirección

no se debe hacer

Forma del edificio en planta

Solución

Tiene marcos en una sola dirección, ya que el sistema de piso es a base de una losa trabajando en un sola dirección en la que no existen vigas. El edifico adolece obviamente de falta de resistencia lateral en la dirección transversal .

Para solucionarlo se pueden colocar muros de contra viento en la dirección

transversal o formar marcos también en dicha dirección.

REQUISITOS

ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION Otro tipo de estructuración, es base de muros de carga, tiene la mayoría de las paredes alineadas en una sola dirección, por lo que en la otra la su resistencia a cargas laterales es mínima. Si se trata de una estructura de concreto podrá contarse con cierta resistencia a carga lateral, mediante la acción de marco entre losa y los muros, en caso de que hubiese la continuidad necesaria en la conexión losa-muro y de que se reforzaran los muros para resistir los momentos flexionantes.

La solución lógica es disponer de una longitud adecuada de muros alineados en las dos direcciones

Cuando se refieren a simetría como sistema estructural, el propósito es limitar al mínimo la vibración torsional del edificio

REQUISITOS

ESPECIFICOS DE ESTRUCTURACION Además de la simetría es conveniente que la estructuración posea una elevada rigidez torsional para hacer frente a posibles torsiones accidentales. Es preferible que los elementos mas rígidos se encuentren colocados en la periferia y no en la parte central

Configuracion estructural con posible problema de torsion en comportamiento no lineal Edificio Dalmau. Barcelona. Apartamentos

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LOS

SISTEMAS ESTRUCTURALES BASICOS Permite el uso del espacio interno Genera poca obstrucción en la planta. Poco espacio ocupado por columnas permite mayor área habitable.

Presenta gran ductilidad y capacidad de disipación de energía Cuando se siguen los requisitos fijados para tal efecto para cada material estructural.

VIGA DEBIL – COLUMNA FUERTE Generan resistencia por lo que desarrollan mecanismos de falla que involucran gran numero de articulaciones plásticas en secciones donde puede disponer de mayor ductilidad.

Genera resistencia y rigidez a cargas laterales bajas

Edificios flexibles

_marcos rígidos

Ventajas/Limitaciones

SISTEMAS ESTRUCTURALES Sus proporciones dominan la falla por cortante sobre la flexión por lo tanto no hay disipación de energía en campo inelástico

Muros de carga poco separados Gran rigidez y resistencia a cargas laterales

Capacidad de carga de los muros Permite diseñar fuerzas laterales elevadas que no consideran reducciones importantes por comportamiento inelástico.

Aplicación  edificios de altura baja o mediana Requiere una misma distribución del espacio en áreas pequeñas y uniformes en todos los pisos.

_Sistema tipo cajón

Ventajas/Limitaciones

SISTEMAS ESTRUCTURALES Marcos rigidizados con contravientos \ muros Uno de los sistemas mas eficientes contra fuerzas sísmicas

Estructura a base marcos Libertad del uso del espacio y a ductilidad Estructura con mucho mayor rigidez y resistencia ante cargas laterales .

Fuerzas laterales Se concentran en las zonas rigidizadas por la diferencia en rigidez con el resto de la estructura y se transmiten áreas concentradas de la cimentación

_marco rigidizado

Ventajas/Limitaciones

SISTEMAS ESTRUCTURALES Irregularidad de los elementos rígidos en la elevación Transmite fuerzas muy elevadas

evitar concentrar la rigidez en un pequeño numero de elementos.

_marco rigidizado

Distribución uniforme de la estructura a lo largo de planta Obstrucción al uso del espacio interno puede ser significativa.

Ventajas/Limitaciones

SISTEMAS ESTRUCTURALES Combinación de los sistemas estructurales básicos Zonas sísmicas

Resistencia de cargas dos sistemas estructurales  Separación de resistencia de cargas verticales y horizontales.

planta abierta poca obstrucción por columnas y muros

En la planta • Elementos estructurales flexibles y absorben sólo una pequeña parte de las fuerzas laterales • Elementos muy rígidos que tomas las cargas laterales

Ubicación • Edificios bajos sobre terreno no compresible.

Produce momento de volteo en la base del núcleo con transmisión de fuerzas elevadas a la cimentación.

_otros sistemas

•

Grandes núcleos centrales asociados a escaleras y elevadores

A lo largo de las fachadas

Distribuye la resistencia en todo el perímetro Minimizar la transmisión de esfuerzos a la cimentación, Libre uso del espacio interior.

Ventajas/Limitaciones

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Rigidización mediante uso MACRO-MARCOS Muros de rigidez o contravientos acoplados por elementos horizontales de la altura del entrepiso

Rigidización total con contravientos Máximo aprovechamiento de las fachadas. Armadura vertical que envuelve al edificio.

_otros sistemas

Sistema de piso y techo.

DIAFRAGMAS HORIZONTALES Losas \ sistemas de piso y techo

Distribuyen fuerzas horizontales Generadas por efectos de inercia entre elementos verticales

resistencia sísmica

Sistema de losas de concreto Poseen alta rigidez por las fuerzas en su plano

•

Falta de distribución entre los elementos resistentes de las fuerzas de inercia y las cortantes de entrepiso.

•

En sistemas de muro de carga, las fuerzas de inercia pueden producir empujes sobre los elementos perpendiculares a la dirección de las fuerzas sísmicas.

•

Distorsión de la estructura en planta e invalidar la hipótesis de que las fuerzas sísmicas actuantes en cualquier dirección pueden descomponerse en fuerzas aplicadas sobre los sistemas ortogonales resistentes de la estructura.

Problemas Falta de diafragmas horizontales rígidos

CIMENTACIONES

La cimentación procura proporcionar al edificio una base rígida Para la ubicación, se prefiere un lugar de terreno firme. Para un suelo blando, es preferible buscar apoyo de la estructura en franjas firmes mediante las cimentaciones profundas Se considera la simetría, regularidad y distribución uniforme

CIMENTACIONES

Se pretende que la cimentación tenga una acción de conjunto

Las fuerzas sísmicas producen cargas axiales •

Momentos de volteo

•

Fuerzas cortantes

CIMENTACIONES Es importante que la cimentación pueda transmitir las cortantes basales al terreno.

Cajón de cimentación

Empuje pasivo del suelo

Elementos no estructurales

METODOS DE DISEÑO

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES •

No forman parte de la estructura resistente de la edificación

•

Se pretende evitar el daño no estructural causado

•

Se limita las deflexiones laterales con rigidez lateral a la construcción y cuidando de la forma y detalles de la estructura.

METODOS DE DISEÑO

ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES •

Cuidado de los elementos no estructurales: – –

•

Revisión de las fuerzas de inercia Revisión de las holguras

Apéndices

no tienen gran capacidad de disipación inelástica de energía

– Tanques, torres – Equipo y elementos arquitectónicos

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS características de elementos arquitectónicos especifican en un proyecto

Congruentes con el criterio de diseño

Pueden sufrir solicitaciones

Estructura y elementos no estructurales

durante sismo

•

Fuerzas de inercia Generadas por su propia masa

•

Deformaciones inducidas por la estructura contacto al desplazarse por efecto del sismo

•

Desligar un elemento no estructural de la estructura principal o Prever elementos- estabilidad (cargas vivas, viento) o Requisitos de funcionamiento de la construcción (aislamiento térmico/acústico, estanqueidad y apariencia) o Todas = $

•

No desligan elementos arquitectónicos o Que presencia no afecte comport de estructura y desplazamiento no excesivo o Conveniente en estructura de alta rigidez lateral no alterada por ENE y bajos dezp

Protección sísmica: • •

Desligar un elemento no estructural No desligar elementos arquitectónicos

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Mayores problemas en edificios (altura, dificultades en solución) Muy rígidos que trabajan estructuralmente y absorber fracción importante de las fuerzas sísmicas Muy frágiles que sufren deformaciones para pequeñas deformaciones

Modalidad mas frecuente

Muros de mampostería de tabique Bloque de concreto Armazones metálicas o de madera Recubrimientos de yeso o de triplay Flexibles, mayor posibilidad de ser protegidas

Muros  estructura + rígidos = elementos estructurales Revisar deformaciones laterales dentro de limites tolerables Esfuerzos no excedan resistencia

Localización de muros puede ser poco favorable Excentricidades en planta  torsiones importantes en estructura

_Muros divisorios

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Integración muros divisorios  estructura rígida Marcos robustos, pocos pisos o estructuras con rigidez de concreto o arrostramientos

sismos Muro no abarca la altura total del entrepiso Muro rigidiza marco, absorbe parte importante de fuerza

• • •

Poco sensible a muros divisorios Desplazamientos laterales pequeños No daños en muros

Principal problema

Resistida por parte descubierta

• •

_Muros divisorios

Reforzar columnas con abundante refuerzo por cortante Separar muros de la estructura principal

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Integración muros divisorios  estructura rígida Flexible  menos critica Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil

Complicaciones en uso del espacio arquitectónico

_Muros divisorios

Holgura generosa entre muro y estructura principal Min 2cm tanto de verticales como horizontales

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Integración muros divisorios  estructura rígida Estabilidad del muro contra volteo, libre movimiento Detallarla para que fallen en zonas controladas / reparar fácil

Holguras Deben sellarse aislamiento termino y acústico Mampostería  espuma poliestireno Divisorios ligeros  forma constructiva particular

_Muros divisorios

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS piedras naturales o artificiales resultan propensos a despegarse

Fachadas prefabricadas de concreto • •

proveerse detalles y holguras que aseguren no sean afectadas por los movimientos laterales de la estruc principal Holguras en el revestimiento y paredes que lo soportan

Marquesina Proteja al transeúnte

NO escaleras • •

Recubrimientos frágiles Recubrimientos pesados

Ruptura de vidrios Holgura necesaria (rellena de material, mastique o sellador) • Vidrio  ventanearía • Vidrio  estructura

_recubrimientos/ventanas

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Serios daños a ocupantes base de elementos pesados

Requisitos Asegurados al techo firme Existir holguras (min perimetrales)

Cuidado Materiales pesados (madera/yeso) Equipos que cuelguen del techo (anclaje seguro, rigidez horizontal)

_falsos plafones

DETALLES PARA AISLAR

ELEMENTOS ARQUITECTÓNICOS Muebles y anaqueles altos Adosados a la pared evitar volteo

Ligar entre si anaqueles en parte superior Museos Muebles en que están colocados Fijación dentro de mueble

_anaqueles y mobiliario

EQUIPO

INSTALACIONES Equipo costoso y sensible

Equipos mecánicos vibratorios

Equipos particularmente critico

• •

•

• •

•

Posición en edificio Elementos estructurales fijados Dispositivos de fijación

•

Montan apoyos flexibles , no transmitan vibraciones Molestos para ocupantes

Apoyos para asilamiento amortiguamiento de vibraciones

Diseñarse anclas Falla por cortante o volteo

Consideraciones: Rigidizar o fijar parte superior de equipos.

Tubos: Flexibles para absorber las deformaciones

Sino: Proveerse tramos flexibles o juntas especiales (capaces de rotación o deformación axial)