EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA

EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO

RESISTENTE EN COLOMBIA

1. Historia breve de los sismos en Colombia.

2. Sismo de Popayán 1983

3. Código Colombiano de construcciones sismo resistentes:

CCCSR-84

4. Sismo de México de 1985.

5. Código Colombiano: NSR-98

6. Sismo de Armenia de 1999: Microzonificación en ciudades

7. Sismo de Cali de 2005

8. Código Colombiano: NSR-10; Títulos J y K.

9. Construcciones actuales en Colombia.

10. Otras experiencias.

Juan Raúl Solarte G.

EXPERIENCIA DE COLOMBIA

Zona de subducción

FUENTE DE LOS SISMOS



PLACAS TECTONICAS



SISMOS DE MAYOR INTENSIDAD EN EL MUNDO



JAPON

Fuente de sismos



Mapa de amenaza sísmica Sismos en Colombia


POPAYAN: MARZO DE 1983, MAGNITUD 5.6 PROFUNDIDAD 30 KMS

Edificios de vivienda de 5 pisos Construcciones sector histórico

•Este sismo de mediana intensidad fue el punto inicial para el primer código colombiano

de construcciones sismo resistentes CCCSR-84.

•Se basó en las publicaciones del ATC-3 que AIS en 1978 divulgó en el país.

•Los mayores daños ocurrieron en sectores populares, en el sector histórico y en

edificios de estructura aporticada, en estos la flexibilidad sobrepasaba todo límite:

mínimos tamaños de columnas, nudos sin confinamiento.

•Antes de la este código los diseños se basaban en las normas Americanas: ACI, SEAOC.


CODIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMO RESISTENTES

CCCSR-84

Comentarios al código CCCSR-84 un hito en la Ingeniería

•Por ser la primera norma en nuestro país la AIS, hizo una gran labor de divulgación.

•Se basó en las publicaciones del ATC-3 y SEAOC que AIS publicó en el país.

•Los capítulos eran: requisitos de diseño, cargas, concreto reforzado, mampostería

estructural, edificaciones de 1 y 2 pisos, estructuras metálicas y sobre sanciones.

•Se cambió por fin la forma de diseñar, revisar y construir, basándose en una norma

legal.

•AIS hizo el estudio de riesgo sísmico general para poder adoptar los valores de

aceleración, los cuales se necesitaban para el diseño sismo resistente.


MEXICO DF:SEPT DE 1985, MAGNITUD 8.1, PROFUNDIDAD 15KMS

Colapso de edificios por excesiva flexibilidad Colapsos por discontinuidades

•Este sismo significó y produjo enormes interrogantes al diseño sismo resistente.

•Colapsaron 350 edificios y el 85% de estos tenían placas con columna-capitel sin

conexión con vigas.

•A raíz de este evento y otros similares se producen cambios en las normas, en nuestro

caso se modificó el límite del control de la deriva, había que pasar de 1.5% a 1% de la

altura de los entrepisos, se necesitaba controlar la flexibilidad de los entrepisos.

• También más control en la forma de considerar la irregularidades en planta y en altura.

• La ingeniería sísmica estudió en detalle este caso para aprender de las experiencias.


NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO

RESISTENTE NSR-98

•Se corrigieron las debilidades de la norma del 84: daños graves en edificios de 5 pisos

o menos, excesiva flexibilidad con daños en elementos no estructurales; daños en

columnas por falta de estribos en nudos, daños en mampostería reforzada por falta de

práctica en su manejo, .

•Se tuvo en cuenta que el 86% de los colombianos vivimos en zona de alto riesgo

sísmico.

•Tal vez lo más importante fue el cambio en los sistemas estructurales utilizados.

•Se dan normas específicas para el diseño de los

elementos no estructurales

•La filosofía de la norma ahora es proteger la vida

humana y los bienes de las personas.


NORMAS COLOMBIANASO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION SISMO

RESISTENTE NSR-98

NSR-98 Una norma actualizada; comentarios tomados del prólogo:

•Colombia es uno de los países donde más se usa el sistema de pórticos de concreto

reforzado; este tiene muchas ventajas desde el punto de vista arquitectónico y de

facilidad constructiva, pero es excesivamente flexible ante los sismos lo cual conduce a

una desprotección de los acabados.

•Esto se ha resuelto a nivel mundial con el uso de muros estructurales para minimizar la

flexibilidad.

•El uso de esta nueva norma para propugnar el cambio en los sistemas estructurales ha

tenido una incidencia definitiva en la construcción de vivienda, sus costos y

comportamiento durante los sismos.

•La limitación de la irregularidad en los edificios es ahora fundamental para el control de

daños y comportamiento a cargas laterales; en la norma de 1984 solamente había

advertencias pero no requisitos formales para limitar las irregularidades.

•En la norma 84 no existían detalles sobre elementos no estructurales.

•Se acoge el tema de otros materiales estructurales como aluminio y madera.


ESTRUCTURA PUNTUAL

Carga

lateral

Pórtico

Presenta deformación muy grande en los

pisos inferiores.

Desplazamiento

alto

Deformada

COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS


Muro

Carga lateral

con bajas deformaciones en los pisos inferiores.

Funciona como un elemento en voladizo.

Deformada

Bajo desplazamiento

COMPORTAMIENTO BAJO SISMOS

ESTRUCTURA DE MUROS


ARMENIA: 1999, MAGNITUD 6.4, PROFUNDIDAD 33KMS

Colapso de edificios por excesiva flexibilidad Colapso de casas de 2 pisos

•Produjo daños el colapso de viviendas de 1 y 2 pisos y edificios de 4 y 5 pisos.

•Hubo 2000 muertos y 50 edificios colapsaron, para un sismo de mediana intensidad se

considera como un daño excesivo.

•De los 50 edificios solamente 9 eran anteriores a la norma de 1984.

•Las razones: mala calidad en la construcción, localizados sobre suelos blandos, y los

estudios de aceleraciones habían subestimado el coeficiente de sitio que en algunos

lugares alcanzó un valor de 2, cifra esta muy alta no contemplada en la norma,

• No se consideraron los efectos locales: fallas activas, suelos blandos y topografía.


MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES

Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez –Lili Cali

•En las principales ciudades de Colombia se emprendieron estudios

de microzonificación sísmica, clasificando las zonas dependiendo de

la amenaza sísmica y de acuerdo con la aceleración esperada en

cada sitio.

•Estos estudios permitieron la racionalización en los diseños y

construcción de las edificaciones y hacerlas seguras a los sismos.


MICROZONIFICACION EN LAS CIUDADES PRINCIPALES

Microzonificación de la ciudad: zona 4D, abanico Mélendez –Lili Cali

Espectro Microzonificación Sísmica Espectro Titulo A


CALI, N0V 15 DE 2004, MAGNITUD 6.7,PROFUNDIDAD 10KMS

Hospital con daños no estructurales Daños en edificios en zona Av=0.40

•El epicentro fue en la zona de subducción del pacífico, frente a las costas de Chocó.

•Se presentó una aceleración máxima de 0.10g, en zonas donde hay estratos de arcillas

saturadas de más de 20 metros de espesor.

•En el caso de la Clínica Farallones los daños en elementos estructurales fueron tan

generalizados que se desocupó durante 3 años y su reparación excedió los costos de la

construcción misma.

•Con este sismo se pudo constatar la gran importancia de los efectos locales sobre las

estructuras, especialmente el factor de sitio.


CALI, N0V 15 DE 2004, CLINICA FARALLONES

Clínica Farallones consolidada estructuralmente con riostras metálicas

•La norma de 1984, no consideraba las irregularidades de la estructura.

•Los valores de aceleración pico efectiva son sensiblemente diferentes.

•Como resultado de este análisis comparativo, el cortante basal obtenido con cada una

de las normas es muy diferente y difieren en un 97% .

•Con este chequeo se puede concluir que la estructura no era adecuada para las

condiciones de la nueva norma.

Coeficiente Cs con la norma CCCSR-84: 0.39g

Coeficiente Cs con la norma NSR-98: 0.77g

•Av=0.25 aceleración pico efectiva

•I= 1.3 coeficiente de importancia ocupacional

•S=1.2 factor de sitio

•Av= 0.4 aceleración pico efectiva

•I= 1.3 coeficiente de importancia

•S=1.2 factor de sitio

•P=0.81 irregularidad en planta y altura



NSR-10

Una norma a la última moda: Diciembre 15 de 2010

•Con avances y actualizaciones importantes.

•El título C, estructuras de concreto se toma de la norma ACI 2008, es idéntico.

•Se cambiaron significativamente los títulos A,B,C,F y se agregaron los capítulos J y K.

• Al igual que la norma anterior se basa en las experiencias vividas en los últimos, o sea

en la última década.

•El cortante basal en esta nueva norma se puede incrementar entre un 15 a un 20%,

comparado con la norma NSR-98.

Coeficiente Cs con la norma NSR-10

•Aa= Aceleración pico efectiva

•Av= Velocidad pico efectiva

•I= Coeficiente de importancia ocupacional

•Fa=Coeficiente de amplificación, períodos cortos

•Fv= Coeficiente de amplificación, intermedios

•R= Coeficiente básico disipación de energía, ahora

afectado por irregularidades en planta, altura y

redundancia, este último nuevo.

•T= Período de vibración en segundos.



NSR-10

Espectro de diseño según la norma NSR-10

Solarte y Cia.

Propietario: EDIFICIO BELMONTE Calculó: Ing. Fabio A. Rivera

Proyecto: VULNERABILIDAD BELMONTE Revisó: Ing. Juan Raúl Solarte

Localización: CALI Hoja:

Contenido: Espectro de Diseño-NSR-10 Fecha: 19/06/2012

ESPECTRO DE DISEÑO

NORMA NSR-10

Aa [g]: 0.25 Aa*Fa*I: 0.33

Av [g]: 0.25 2.5*Aa*Fa*I: 0.81

Fa: 1.3 To [s]: 0.15

Fv : 1.9 Tc [s]: 0.70

I: 1 Tl [s]: 4.56

0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

0.700

0.800

0.900

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

AC

EL

ES

PE

CT

RA

L [

Sa

]

PERIODO T [SEG]


ACTUALIDAD EN COLOMBIA: ESTRUCTURA MUROS DE CONCRETO

Edificios en Armenia Colombia Vivienda de varios pisos

•Como se pudo constatar en los sismos mencionados y debido al mal comportamiento

de los edificios de pórticos de concreto, hoy en día un 80-90% de los edificios de

vivienda se construyen con estructura de muros de concreto.

•Voy a mostrar algunos ejemplos de los edificios construidos o en construcción.

.

Edificio Rio Apartamentos



Vivienda de interés social 5 pisos Multifamiliares de 5 pisos

•Al principio se trabajo en edificios de pocos pisos, normalmente 5 pisos.

•Vivienda de Interés social como Santa Elena, 3200 apartamentos de 47 m2.

•Hoy en dia se construyen desde casas de 1 y 2 pisos hasta edificios en altura 20-25

pisos



Esquema de los muros en 2 direcciones Edificio de 26 pisos Medellín

•Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de

la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos.

•Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados

en las 2 direcciones principales de la estructura.



Condominios de casas de clase media Casa de 2 pisos

•Los sistemas de construcción con formaletas livianas incremento la industrialización de

la vivienda hasta construirse edificios de 20 y más pisos.

•Para un óptimo comportamiento a cargas laterales se deberán tener muros orientados

en las 2 direcciones principales de la estructura.



Arquitectura compleja, hay soluciones Edificios en altura

•Se pueden diseñar y construir edificios en altura.

•Edificios de arquitectura compleja se afrontan con ciertos detalles especiales,

buscando la continuidad estructural de sus elementos principales y teniendo especial

cuidado en la ubicación de muros en los 2 sentidos.



Comparación con otros sistemas Refuerzo vs número de pisos

•Las cuantías de refuerzo dependen básicamente del número de pisos y de la exigencia

sísmica de la zona.

•La comparación de los sistemas de muros de carga vs los pórticos de concreto favorece

ampliamente al sistema de muros.


ACTUALIDAD EN COLOMBIA: AISLADORES DE BASE

Localización de los aisladores Clínica “Amiga” Comfandi Cali

•Otra alternativa que se ha empezado a usar en Colombia es la de aislar las estructuras

en la base.

•Hasta la fecha hemos diseñado 5 proyectos, el primero ya está en funcionamiento, otro

en construcción, el tercero en fase de presupuesto y 2 en proceso de diseño.



Prueba de un aislador se desplaza 114 centímetros



Comparación de la aceleración: Estructura Fija y Aislada, la

aceleración baja de 0.62 a 0.16 de g.

Periodo Fundamental Base Fija

Periodo Fundamental Aislamiento en la Base



Aislador en proceso de fabricación Clínica “Imbanaco en construcción: 82000 m2

•Esta clínica es un reto enorme por la complejidad del terreno donde se construye y por

estar localizada en la zona de mayor riesgo sísmico dentro de la ciudad.

•Aunque hay muchas clases de aisladores se escogieron estos por la basta experiencia

de los fabricantes.



Planta de localización de los aisladores



Un aislador durante el sismo de Japón de 2011


EXPERIENCIA DE DISEÑO SISMO RESISTENTE EN COLOMBIA


Date post:	05-Oct-2021
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