Taller Tesis 1

7/21/2019 Taller Tesis 1

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Freddy J. Lanza S., Scarlet H. Puentes M., Fernando VillalobosEstudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana actual con cdigos ssmicos de otros pases

Revista INGENIERA UC, vol. 10, nm. 3, diciembre, 2003, pp. 59-66,

Universidad de Carabobo

Venezuela

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1. INTRODUCCIN

Venezuela pertenece a los pases que conformanel cinturn de fuego, el cual se caracteriza por ser una

de las zonas ms ssmicas del planeta, debido a que

en la zona que bordea el ocano Pacfico, aproximada-

mente se libera un 85 % del total de la energa produ-

cida por los movimientos telricos o terremotos en el

mundo. En la segunda mitad del siglo XX, con el cre-

cimiento de la poblacin existente en Venezuela, se

empezaron a erigir las primeras edificaciones y se em-

piezan a registrar los primeros eventos ssmicos que

trajeron consecuencias desfavorables, entre los que s

destaca el de Caracas, el 28 de julio de 1967. Tomando en cuenta estos sucesos, se desarrollaron diverso

estudios que permitieron la realizacin de normas o

cdigos para el diseo de edificaciones.

Los cdigos ssmicos consideran los criterios d

anlisis y diseo de las edificaciones situadas en zona

donde puedan ocurrir movimientos telricos. Sin

embargo debido a que la naturaleza de los sismos y

el comportamiento estructural ante estos es complejo

REVISTA INGENIERA UC. Vol. 10, No 3, 59-66, 200

Estudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana actual concdigos ssmicos de otros pases

Freddy J. Lanza S., Scarlet H. Puentes M., Fernando Villalobos

Departamento de Estructuras, Escuela de Ingeniera Civil. Universidad de Carabobo. Valencia, Venezuela.

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Resumen

Este trabajo presenta el anlisis de los parmetros ms relevantes de diseo ssmico de la norma

venezolana, en comparacin con los cdigos ssmicos de los Estados Unidos, Mxico, Japn y Chile. En la

estimacin de las acciones ssmicas se obtuvo que el corte basal calculado a travs del cdigo Japons result

mayor en un 72 %, respecto al calculado segn la norma venezolana, el obtenido por el cdigo estadounidense

UBC un 40 % menor, por el cdigo de Mxico un 20 % menor y por el cdigo de Chile un 50 % menor, lo cua

indica que despus del Japn, los clculos segn la norma venezolana resultan mayores en la magnitud del cortebasal. Lo que implica mayores costos a nivel constructivo. Sin embargo, el diseo es ms confiable, lo cual hac

que las estructuras sean menos vulnerables ante las acciones ssmicas.

Palabras Clave: Norma sismorresistente venezolana, parmetros ssmicos de diseo, cdigos ssmicoscorte basal.

Comparative study of the present Venezuelan seismic codewith seismic codes of other countries

Abstract

This work presents the analysis of the most outstanding parameters in seismic design of the Venezuelannorm, in comparison to the seismic codes of the United States, Mexico, Japan and Chile. In the estimate of the

seismic actions it was obtained that the basal cut calculated through the Japanese code was bigger in 72 %

regarding the one calculated according to the Venezuelan norm, the one obtained by the UBC 40 % smaller, fo

the code of Mexico 20 % smaller and for the code of Chile 50 % smaller, which indicates after the Japan, th

calculations according to the Venezuelan norm are bigger in the magnitude of the basal cut. This implies bigger

costs at constructive level, however the design is more reliable, which makes that the structures are less vulnerabl

before the seismic actions.

Keywords: Venezuelan seismic code, seismic design parameter, seismic codes, lateral seismic shear.

Rev. INGENIERA UC. Vol. 10, No 3, Diciembre 2003 5


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adems de originar grandes prdidas materiales y

humanas, es conveniente tomar la iniciativa de seguir

realizando investigaciones con la finalidad de dismi-

nuir la vulnerabilidad estructural ante la accin de lossismos.

El presente trabajo pretende evaluar el nivel de

exigencia de la norma sismorresistente COVENIN

MINDUR 1756-88 (Rev.-2001), realizando un estu-

dio comparativo respecto a las normas de Chile,

Japn, Mxico y Estados Unidos ya que estos pases

estn ubicados en zonas de alto ndice de sismicidad,

debido a que se encuentran dentro de la zona conoci-

da como el cinturn de fuego del ocano pacfico.

2. MARCO TERICO

2.1 Cinturn de fuego del pacfico

Los tres principales cinturones ssmicos del

mundo son: el cinturn circunpacfico, el cinturn

transasitico (Himalaya, Irn, Turqua, Mar Medite-

rrneo, Sur de Espaa) y el cinturn situado en el cen-

tro del ocano atlntico, los cuales son mostrados en

la Figura 1.

La principal zona de riesgo ssmico es el llama-

do "Cinturn de fuego del pacfico conocido como

geosinclinal circumpacfica, el cual debe su nombre

al enorme anillo de actividad volcnica que se extien-de alrededor del ocano Pacfico. Casi todos los vol-

canes hacen erupcin en zonas costeras o bajo el mar,

creando cadenas de montaas bajo del agua, siendo

una de las zonas ms ssmicas del planeta ya que

aproximadamente en la zona que bordea el ocano

pacfico se libera un 85 % del total de la energa pro-

ducida por los movimientos telricos o terremotos en

el mundo [1]. El cinturn de fuego del pacfico se

extiende desde el litoral pacfico en Amrica del Sur,

asciende hacia el norte bordeando la costa pacfica de

Norte Amrica y desciende a lo largo del litoral

Asitico.

2.2 Mapa de riesgo ssmico global

A nivel mundial existen organizaciones que

han realizado estudios de riesgo ssmico, entre las

cuales se destaca la ONU ya que a travs de numero-

sos estudios efectuados por cientficos se desarroll

un mapa de riesgo ssmico global [2], el cual se mues-

tra en la Figura 2. Este mapa se basa en la amenaza

ssmica que representa los peligros para la poblacin

Figura 1. Situacin de los principales cinturones ssmicos y volcanes.

60 Rev. INGENIERA UC. Vol. 10, No 3, Diciembre 2003

Estudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana


4/9

producidos por terremotos. La amenaza ssmica es un

trmino tcnico que caracteriza numricamente la pro-

babilidad estadstica de la ocurrencia (o excedencia)

de cierta intensidad ssmica (o aceleracin del suelo)

en un determinado sitio [3], durante un perodo de

tiempo. El mapa muestra la aceleracin pico del suelo

(PGA) que se puede esperar en un determinado lugardurante los prximos 50 aos con 10 % de probabili-

dad de excedencia, que corresponde a un periodo de

retorno de 475 aos.

2.3 Respuesta espectral

La respuesta espectral se utiliza para el estudio

de la dinmica de estructuras, en el rea de ingeniera

ssmica. La respuesta espectral es el valor mximo de

respuesta (mximo desplazamiento, velocidad, acele-

racin o cualquier cantidad de inters) obtenido para

una funcin de carga especificada. Las curvas espec-

trales son representaciones grficas donde la abcisa es

la frecuencia natural (periodo) del sistema, y la orde-

nada es la respuesta mxima [4]. En el anlisis din-

mico solo se requiere conocer el espectro o curvas

espectrales para condiciones de carga conocida y el

periodo de vibracin del sistema, con lo cual se puede

obtener la respuesta mxima de dicho sistema.

Una variable que afecta la respuesta estructural

es el amortiguamiento viscoso [5], esta caracterstica

generalmente se expresa como fraccin del amorti-

guamiento crtico (), el tipo de amortiguamiento con-

siderado toma en cuenta las fuentes de disipacin de

energa como fricciones internas, fricciones en los

apoyos y en elementos no estructurales, etc. A medidaque una estructura posea caractersticas de ductilidad

que permitan disipar mas energa la fraccin de amor-

tiguamiento critico ser mayor y en consecuencia la

respuesta espectral ser menor.

3. METODOLOGA DEL TRABAJO

Esta investigacin se realiz siguiendo los si-

guientes pasos:

Con base a la situacin de los principales cinturo-

nes ssmicos, se realiz la seleccin de cuatro

pases que integran un mismo cinturn para el

estudio comparativo, se eligi el cinturn de fuego

del Ocano Pacfico ya que Venezuela es uno de

los pases que lo conforma, de esta manera se

eligieron los siguientes pases: Chile, Mxico,

Estados Unidos y Japn.

Figura 2. Mapa de riesgo ssmico global.


Lanza, Puentes y Villalobos


5/9

Se definen e identifican las variables para realizar

una comparacin cuantitativa y cualitativa utilizan-

do la informacin recopilada de los cdigos en

estudio.

Para realizar la comparacin de tipo cualitativa se

compar cada cdigo con el cdigo venezolano,

identificando los parmetros comunes o los efectos

que consideran los dems cdigos a travs de pro-

cedimientos que permitan realizar el diseo. Los

parmetros son los siguientes: Filosofa del clcu-

lo, zonificacin ssmica, forma espectral, clasifica-

cin de las edificaciones segn su importancia,

clasificacin de la estructura segn el sistema es-

tructural, factor de reduccin de respuesta, clasifi-

cacin de las edificaciones segn la regularidad

estructural, obtencin de la respuesta ssmica

(espectro de diseo), mtodos de anlisis ssmico,

perodo de retorno y probabilidad de excedencia,

coeficiente ssmico mximo y mnimo, coeficiente

de amortiguamiento, combinacin de efectos y por

ultimo el nivel de diseo.

En base a lo que considera cada cdigo, la compa-

racin de tipo cuantitativa se hizo tomando

en cuenta los siguientes parmetros: la respuesta

espectral ya que permite evaluar el nivel de energa

a la que se somete la estructura, el factor de reduc-

cin de respuesta ya que este parmetro representa

la capacidad de disipar energa inelsticamenteque posee la estructura, y por ultimo el corte basal

ya que es el resultado final de las acciones ssmicas

con el cual se proceder ha realizar el diseo [6].

Se seleccion una estructura ya calculada [7] por la

norma venezolana COVENIN MINDUR 1756-98

(REV.-2001), destinada para uso educativo, ubica-

da en una zona ssmica 5 (peligro ssmico eleva-

do), y de una altura de 24 m (8 niveles de 3 m de

altura cada uno) incluyendo techo de sala de m-

quinas, el sistema estructural est constituido por

prticos de concreto armado, la planta tipo se

muestra en la Figura 3.

La ubicacin de la edificacin en los dems pases

est determinado por las condiciones de suelo y

sismicidad de cada regin. Para mantener la

uniformidad de condiciones en la comparacin, la

estructura se ubic en cada pas de acuerdo a lo

siguiente:

1. En una zona con un perfil geotcnico del terreno

de fundacin en donde se presente suelos muy

Figura 3. Geometra de la plantatipo.




6/9

duros o densos, roca blanda o meteorizada.

2. En una zona con actividad ssmica medianamente

alta en funcin al rango de peligrosidad ssmica

mundial, segn lo especifica el mapa global depeligrosidad ssmica, mostrado en la Figura 2.

4. ANLISIS DE RESULTADOS

4.1 Espectros de respuesta

En el grfico mostrado en la Figura 4 se mues-

tran los espectros de respuesta elsticos sin reducir,

segn lo especificado por cada cdigo para la misma

estructura y condiciones de suelo. La curva correspon-

diente al cdigo de Chile [8] no est suavizada como

las dems, corresponde a la frmula que se aplica en

el anlisis dinmico y es la que muestra mayor

respuesta para perodos entre 0,19 y 0,50 segundos.

Figura 4. Espectros de respuesta elstica

Para perodos menores que 0,16 y mayores que

0,78 segundos, es decir, Venezuela al igual que Japn

son los pases ms exigentes (siendo Venezuela me-

nor que Japn), en lo que se refiere a la respuesta del

espectro y para perodos entre 0,67 y 0,78. Venezuela

es el ms exigente de todos. Cabe destacar que para

menores perodos ya sea que pertenezcan a la rama

constante o decreciente del espectro, se obtendrn

resultados ms conservadores de respuesta.

En la Tabla 1 se muestran los valores de pero-

dos obtenidos en los mtodos de anlisis exigidos por

cada cdigo, en donde se puede observar que el resul-

tado ms conservador es el de Japn, mantenindose

en la parte constante de su espectro.

Tabla 1. Perodos de vibracin obtenidos segn los distintoscdigos para la edificacin en estudio.

4.2 Factor de reduccin de respuesta

Para efectos de clculo se asign para la misma

estructura un factor de reduccin de respuesta segn

lo establecido por cada norma, con la finalidad de

reducir las fuerzas elsticas de diseo ssmico [9], en

general se observ que este efecto es considerado por

los materiales, detalles constructivos y el sistema es-

tructural, permitindole a la estructura incursionar en

el rango inelstico y disipar la energa impartida por

un temblor fuerte mediante histresis. En la Figura 5

se muestra un grfico en el cual se aprecia el valor de

los factores que reducen la fuerza ssmica de cada c-

digo en estudio, bien sea disminuyendo el valor de la

ordenada del espectro, disminuyendo el valor del cor-

te basal, o el valor de las fuerzas ssmicas por nivel.

Figura 5. Espectros de respuesta elstica

Espectros de Diseo

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

Perodo T (seg)

A/g

VENEZUELA

UBC

CHILE

JAPN

MXICO

CDIGO T (seg.) A ( no reducida )VENEZUELA 0,686 0,913

UBC 1997 0,717 0,628MXICO 0,983 0,480CHILE 1,157 0,570JAPN 0,450 0,997

3.33

6.00

8.50

2.00

10.55

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

F

FACTOR

FACTORES DE REDUCCIN DE RESPUESTA

JAPN

VENEZUELA

ESTADOSUNIDOS

CHILE

MXICO




7/9

Se observa que el valor del factor de reduccin

que establece el cdigo chileno es el mayor de todos

(10,55), esto se debe a que se aplic un anlisis din-

mico. El cdigo de los Estados Unidos [10] se reducela fuerza con un valor de 8,5 que es 42 % mayor a

Venezuela. De otra forma Japn [11] y Mxico [12]

son ms conservadores en este aspecto, reduciendo la

fuerza un 67 % y un 44 % respectivamente menor que

Venezuela. En la Tabla 2 se muestra la relacin entre

factores de reduccin de respuesta respecto a

Venezuela, se aprecia que para Chile el factor es ma-

yor que el de Venezuela en 76 %, mientras que para el

UBC es 42 % mayor.

Tabla 2 relacin entre factores dereduccin de respuesta respecto a Venezuela.

Es importante sealar que la estimacin de las

acciones ssmicas en el cdigo japons se realiza por

nivel, facilitando la interpretacin del criterio de

energa disipada inelsticamente, en el caso de pre-

sentarse alguna caracterstica diferente en un entrepi-

so, solo se aplicara a ese nivel el factor de reduccinque le corresponda sin tener que afectar a los dems

elementos, para efectos de este estudio el factor se

mantiene constante ya que todos los elementos poseen

caractersticas similares.

4.3 Corte basal

En la Figura 6 se muestra un grfico comparati-

vo el cual relaciona los cortes basales generados por

cada cdigo respecto al de Venezuela, siendo este la

unidad patrn (1). Se observa que el corte basal mayor

es el japons y es 72 % veces mayor que el deVenezuela en las dos direcciones de estudio. Los

dems cortes basales son menores que el de Venezue-

la, UBC es 40 % menor en ambas direcciones de estu-

dio, Mxico es 18 % menor en direccin X y 20 %

menor en direccin Y, por ltimo Chile en promedio

es 50 % menor en la direccin X y 51 % menor en

direccin Y.

Se puede observar que el cdigo venezolano

gener el corte basal ms alto despus de Japn, este

Figura 6. Grfico comparativo de corte basal.

ltimo fue el mas alto debido al factor Z, del cual de-

penden las cortes generados por nivel, este coeficiente

se expresa como fraccin de la gravedad y se tom

igual a 0,8, que corresponde a una zona de peligrosi-

dad ssmica mediana a alta segn el mapa de riesgo

ssmico global mostrado en la Figura 2. Por otro lado

el menor corte basal generado fu el de Chile y se de-

be principalmente a que por normativa del cdigo se

aplic un mtodo de anlisis dinmico, el cual es ms

exacto y aproxima ms a la realidad los valores espe-

rados de fuerzas ssmicas.

4.4. Fuerzas ssmicas generadas por nivel

En las Figuras 7 y 8 se observa grficos que

relacionan la fuerza ssmica generada por cada cdigo

por nivel respecto a la generada por el cdigo venezo-

lano en la direccin X y en direccin Y, tomando en

cuenta el criterio anterior Venezuela es la unidad pa-

trn (1), UBC y Chile en promedio son menores en

50 % por nivel y Mxico en promedio es 30 % menor.

Como se observa, la mayor fuerza ssmica encada nivel es generada por el cdigo japons, con ex-

cepcin del nivel 5, esto ocurre debido a que en el

procedimiento de clculo, se afectan las condiciones y

las fuerzas a partir del nivel 5, por la falta de rigidez

que se presenta en las columnas superiores, el cdigo

japons toma en cuenta este efecto aumentando el

corte por nivel slo de los pisos que no cumplen con

las condiciones establecidas, incorporando al mtodo

procedimientos considerando los modos superiores de

vibracin.

PAIS FVENEZUELA 1,00

UBC 1997 1,42MXICO 0,33CHILE 1,76JAPN 0,56

1.724

1.000

0.606

0.819

0.497

1.724

1.000

0.606

0.799

0.486

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

RELACION

DE

CORTE

BASALRESPECTOA

VENE

ZUELA

Fx Fy

DIRECCION DE ANLISIS PARA EL CORTE

COMPARACIN DE CORTES BASALES

JAPN

JAPN

VENEZUELA

VENEZUELA

UBC1997

UBC1997

MXICO

MXICO

CHILE

CHILE




8/9

Figura 7. Relacin de la fuerza ssmica por nivel respecto ala generada por el cdigo venezolano.

Figura 8. Relacin de la fuerza ssmica por nivel respecto ala generada por el cdigo venezolano.

5. CONCLUSIONES

1. El cdigo Venezolano es uno de los que considera

la mayor porcin de sobrecarga de uso, establecien-

do como mnimo 50 % para edificaciones del grupo

A, tales como las destinadas para uso educacional

2. De acuerdo al grfico comparativo de los espectros

de diseo (Figura 8), se observa que para perodos

entre de 0,67 y 0,78 s, la respuesta obtenida por la

norma venezolana se presenta con los mayores va-

lores de ordenadas espectrales.

3. En la comparacin de los mtodos de anlisis estti-

cos, se presenta para todos los cdigos ssmicos en

estudio a excepcin de Japn, un mismo esquema

de estimacin de las acciones ssmicas consideran-

do la estructura como una unidad (corte basal, esti-

macin de perodos, distribucin de fuerzas).

4. La norma ssmica de Japn presenta una serie deparmetros asignados de acuerdo a las caractersti-

cas del proyecto, y trabaja con un diagrama defini-

do como ruta de diseo, que gua el clculo de las

acciones ssmicas correspondientes, de acuerdo a

los estudios que se vayan describiendo. Es impor-

tante sealar que la estimacin de las acciones ss-

micas en este cdigo se realiza por nivel, facilitando

la interpretacin del criterio de energa disipada

inelsticamente. En el caso de presentarse alguna

caracterstica diferente en un entrepiso, solo se apli-

cara a ese nivel el factor de reduccin que le

corresponda sin tener que afectar a los dems

elementos.5. La norma Chilena result ser la ms exigente en

cuanto a la escogencia de mtodos de anlisis a em-

plear, ms no en valores de diseo, ya que emple

un mtodo de anlisis dinmico, lo que hace al

resultado mas preciso.

6. El cdigo de Japn limita la dispersin de la rigidez

lateral de un nivel respecto al promedio de los valo-

res de rigidez lateral en todos los niveles de la edifi-

cacin, incrementando los valores de corte slo en

aquellos niveles que no cumplan con las condicio-

nes establecidas.

7. La norma Chilena result ser la ms estricta encuanto a la escogencia de mtodos de anlisis a em-

plear, es decir es ms exigente en trminos de cl-

culo, ms no en valores de diseo, ya que emple

un mtodo de anlisis dinmico, lo que hace al

resultado mas preciso.

8. En cuanto a los factores de reduccin de respuesta

el cdigo estadounidense (UBC) y el cdigo Chile-

no reducen mas la respuesta en 42 % y un 76 %

respectivamente que el cdigo Venezolano, es decir

consideran a la estructura en estudio con mayor ca-

pacidad de disipar energa inelsticamente, en lo

que respecta a Japn y Mxico son mas conservado-

res ya que reducen menos la respuesta en 44 % y67 % respectivamente que el cdigo Venezolano.

9. En lo que se refiere a los valores de corte basal

obtenidos respecto al cdigo venezolano, por cdi-

go Japons es 72 % mayor, el obtenido por el UBC

es 40 % menor, el obtenido por el cdigo de Mxi-

co es 20 % menor y por el cdigo de Chile es 50 %

menor. Como se puede observar despus de Japn,

Venezuela tiene la mayor magnitud. Esto se debe a

que el cdigo japons, se presenta mayor exigencia

RELACIN DE FUERZA SSMICA POR NIVEL EN DIRECCIN X

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

TECHO

6

5

4

3

2

1

NIVEL

RELACION

JAPN

VENEZUELA

UBC 1997

MEXICO

CHILE

RELACION DE FUERZA SSMICA POR NIVEL EN DIRECCION Y

0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000

TECHO

6

5

4

3

2

1

NIVEL

RELACIN

JAPN

VENEZUELA

UBC 1997

MXICO

CHILE




9/9

a nivel constructivo, en lo que se refiere al aspecto

de la distribucin de rigideces a lo largo de la

estructura adems que para el clculo de esta

accin la estructura se ubica en una zona conmayor magnitud de aceleracin horizontal. Si se

observa los resultados obtenidos, se concluye que

las acciones ssmicas de acuerdo al cdigo Venezo-

lano son mayores con excepcin del cdigo Japo-

ns, lo que implica mayores costos a nivel cons-

tructivo. Sin embargo proporciona buena confiabi-

lidad de la integridad estructural, de esta forma

contribuye a que las estructuras sean menos vulne-

rables ante las acciones producidas por los sismos.

6. RECOMENDACIONES

1. Para modificaciones posteriores de la norma sismo-

rresistente Venezolana, se recomienda la incorpora-

cin de un diagrama de flujo similar a las rutas de

diseo definidas en el cdigo japons, en el cual se

establezcan las rutas de clculo a seguir para deter-

minar las acciones ssmicas de forma ms eficiente

y que rija la evaluacin de los parmetros de clcu-

lo en funcin de los requerimientos que este consi-

dere.

2. Del mismo modo se recomienda la realizacin de

un anlisis comparativo de diseo sismorresistente,con el cual se puede cuantificar los costos de cada

diseo.

REFERENCIAS

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gica de Costa Rica, Ao 1989.

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1987.



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