Comportamiento sísmico de las estructuras de acero

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Comportamiento sísmico de las

estructuras de acero

Dr. Edgar Tapia HernándezProfesor - investigador

Tena (1986)

Osteraas, J. y Krawinkler (1989)

Tapia y Tena (2011)

Estadística del dañoAño de construcción y daño

México, 1985. Ms= 8.1

Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]

Comportamiento sísmico

2

Amplificación en la Ciudad de

México

México, 1985.

Ms= 8.1



México, 1985. Ms= 8.1

Torre Latinoamericana

• 181 m de altura

• Zona del Lago

• 361 pilotes



http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=w6scZFDYmxoVDM&tbnid=LKNMzm3tBVcJ1M:&ved=0CAUQjRw&url=http://arte.linio.com.mx/novedades/un-aniversario-mas-de-la-torre-latinoamericana/&ei=aZLxUeW-EI7O9ATv0ICAAw&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNHc2sEFT3ljg2XlVPvslZOa_ormyw&ust=1374872550220197

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=w6scZFDYmxoVDM&tbnid=LKNMzm3tBVcJ1M:&ved=0CAUQjRw&url=http://arte.linio.com.mx/novedades/un-aniversario-mas-de-la-torre-latinoamericana/&ei=aZLxUeW-EI7O9ATv0ICAAw&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNHc2sEFT3ljg2XlVPvslZOa_ormyw&ust=1374872550220197

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Osteraas, J. y Krawinkler (1989)

Tapia (2005)

Edificio Amsterdam

• Zona del Lago

• Construido en 1970

• Marcos momento resistentes.



México, 1985. Ms= 8.1

a. El sismo de 1985 fue una dura pero no excesiva prueba

para estructuras de acero con periodo fundamental en

el intervalo de 1 a 2.5 segundos.

b. Los edificios bien diseñados soportaron el terremoto sin

daño considerable

c. Estructuras con problemas evidentes de diseño, como

el edificio Amsterdam, resistieron el sismo sin colapso.

d. El mayor colapso de estructuras modernas de acero fue

causado por problemas de diseño que no había sido

reconocido en ediciones de reglamentos sísmicos

previos.



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Sismo 1957

Domingo 28 de julio a las 02:40 am

Mw= 7.8 grados frente a Acapulco, Gro

700 decesos y 2,500 heridos

Edificio de 11 pisos y sótano

Calle Vallarta 1.

Alcaldía Cuauhtémoc



Año de construcción: 1946

Uso: oficinas

Cuatro cuerpos estructurados

con marcos de concreto

reforzado unidos con

contravientos

Sismo 1957

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Edificio de 7 pisos y sótano

Calle La Fragua 4.

Alcaldía Cuauhtémoc

Uso: oficinas

Marcos de concreto reforzadoDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


Sismo 1957

Northridge, 1994. Ms= 6.5



http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=7K452JtQL3FgVM&tbnid=xnKndk5ECNImkM:&ved=0CAUQjRw&url=http://blog.pucp.edu.pe/item/9212&ei=9N_yUejBDYLK9gTBqoDQDw&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNF58pFTKVDBmOMZNS1xdvWyFofqTA&ust=1374957641566071

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=7K452JtQL3FgVM&tbnid=xnKndk5ECNImkM:&ved=0CAUQjRw&url=http://blog.pucp.edu.pe/item/9212&ei=9N_yUejBDYLK9gTBqoDQDw&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNF58pFTKVDBmOMZNS1xdvWyFofqTA&ust=1374957641566071

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=WO77S61SrU6iuM&tbnid=Ci5k6btROvDuZM:&ved=0CAUQjRw&url=http://helid.digicollection.org/en/d/Jwho71s/6.1.html&ei=hN_yUcaHGYKk9ATByoCwBA&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNF58pFTKVDBmOMZNS1xdvWyFofqTA&ust=1374957641566071

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=WO77S61SrU6iuM&tbnid=Ci5k6btROvDuZM:&ved=0CAUQjRw&url=http://helid.digicollection.org/en/d/Jwho71s/6.1.html&ei=hN_yUcaHGYKk9ATByoCwBA&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNF58pFTKVDBmOMZNS1xdvWyFofqTA&ust=1374957641566071

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Daño en

conexiones



a. Las conexiones a momento con soldadura en el patín de la viga

a la columna se consideró no dúctil (SEAOC).

b. Mejorar criterios sobre la compatibilidad de deformaciones en

elementos no estructurales (UBC).

c. Se propuso un factor de reducción R de las fuerzas de diseño

basado en el tipo de estructura, redundancia estructural y la

sobrerresistencia (SEAOC).

d. Edificios con marcos momento-resistentes soldados bien

construidos tienen menos riesgo al colapso que otros sistemas

(adecuada capacidad de deformación).

e. Publicación de conexiones ensayadas experimentalmente y

especificaciones de soldadura (ATC, SAC).

f. Proyecto SAC: minimizar el daño y mejorar el comportamiento

de edificios en terremotos futuros, técnicas de reparación,

FEMAs.

Northridge, 1994. Ms= 6.5



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Kobe, Japón.

Ms= 6.8

17 de enero, 1995

1,231 edificaciones con

daño severo.

El 25.7% eran metálicas.



BRIMC(1996)

Tapia y Tena (2001)

Tapia (2005)

Kobe, 1995. Ms= 6.8

Estructuras dañadas, estructuración y año de construcción

Daño estructural en función del número de niveles



http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=aagnHmp2zcPoAM&tbnid=RC-HEiRMM2_VHM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cnn.com/WORLD/9701/17/kobe.anniv/&ei=PtL1Ub6DIYnk8gS3xYG4Dg&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNE904sCjxSH9k6XWJB44allTUJIgA&ust=1375151016755233

http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=aagnHmp2zcPoAM&tbnid=RC-HEiRMM2_VHM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.cnn.com/WORLD/9701/17/kobe.anniv/&ei=PtL1Ub6DIYnk8gS3xYG4Dg&bvm=bv.49784469,d.eWU&psig=AFQjCNE904sCjxSH9k6XWJB44allTUJIgA&ust=1375151016755233

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Kobe, 1995. Ms= 6.8

Daños en edificios contraventeados:

• Articulación en extremos y centro de contravientos.

• Placa de conexión del contraviento a la columna.

• Daño en planta baja.



Christchurch, Nueva Zelanda

Ms= 6.3 y 7.1 grados

4 de septiembre 2010

22 de febrero 2011

Daño en estructuras de acero

localizadas en el distrito

financiero y suburbios.

Edificios diseñados conforme

al Reglamento del 2004.



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Christchurch, 2010 y 2011

Edificios de acero con contravientos concéntricos

Daño por fractura y daño por pandeo en contraviento

concéntrico.

Las estructuras se comportaron como se proyectó en

la etapa de diseño.Dr. Edgar Tapia Herná[email protected]


México

Ms= 8.2 y 7.1 grados

7 y 19 de septiembre 2017



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19 de septiembre

13:14:40 hora local

Magnitud Mw7.1

120 km de la CDMX

57 km de profundidad

Sureste de Axochiapan, Morelos

18.40 latitud N, -98.72 longitud W



213 en

estado

límite de

colapso

715 en

riesgo

Reportes elaborados por el Instituto para la

Seguridad de las Construcciones de la CDMX

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Distribución preliminar del daño en función del sistema

estructural (colapsos)

Unos días después del sismo del 19

de septiembre del 2017

Galvis et al. 2017

Formación del mecanismo de falla

La respuesta inelástica se concentra en el segmento especial

y el resto de los elementos permanecen elásticos (sin daño)

Basha y Goel (1996)

Chao y Goel (2008)



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Registros

Históricos

Estaciones

sísmicas del

CIRES

Tensión diagonal

Sismo

Los elementos confinantes pretenden evitar

la formación del panel de tensión diagonalDr. Edgar Tapia Herná[email protected]


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Incompatibilidad de deformaciones



Posibles soluciones

A. Separar los sistemas

B. Controlar la deformación



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19852017



T1



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Influencia de los modos superiores

Suelo

blando

Roca /

Transición

T1T2T3



Análisis

modal

espectral

Análisis no

lineal

Normas Técnicas Complementarias para Diseño

por Sismo del 2017 (RCDF-17)



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Formación del mecanismo

Respuesta inelástica

uniforme en la alturaMecanismo de colapso

indeseado

Elementos no participan

en la formación del

mecanismo

La filosofía de diseño de los reglamentos contempla que

las estructuras ingresen en el intervalo plástico de

comportamiento. Esto proporciona:

• Un mecanismo extra de disipación de energía.

• Un mecanismo de supervivencia.



Las ayudas de diseño son incapaces de incluir estos conceptos

Se debe realizar un diseño

que considere la filosofía

de diseño por capacidad



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En el análisis sísmico de estructuras de edificios se

puede recurrir a tres tipos de análisis:

a) Análisis dinámico

b) Análisis estático

c) Método simplificado

(NTCS-17 no permitido)

La aceleración

(fuerza) se

determina en

función del periodo

La fuerza se supone

concentrada en las

losas

Simplificación: ignora

torsión y desplazamientos



a. Velocidad de ejecución. Disminución de costos indirectos

de la construcción, sino que contribuye a un retorno más

rápido del capital invertido.

b. Precisión. Las estructuras de acero son concebidas al

milímetro.

c. Mayor superficie útil. Su resistencia permite el uso de

elementos de menores dimensiones, así como mayores

claros libre y mayor área útil.

d. Mayor seguridad para el trabajador. Los montajes

requieren mano de obra y equipamientos especializados,

por lo que hay una reducción de accidentes.

e. Las estructuras de acero han demostrado que pueden

tener un buen comportamiento en sismos intensos.

Argumentos rápidos a favor del acero



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Comportamiento sísmico de las

estructuras de acero

A. Comportamiento en sismos recientes

B. Determinación de demandas sísmicas

C. Factor de comportamiento sísmico

D. Sobrerresistencia y redundancia

E. Acero como sistema estructural



Gracias


Edgar Tapia

Comportamiento sísmico de las estructuras de acero

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