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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
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Comportamiento sísmico
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Amplificación en la Ciudad de
México
México, 1985.
Ms= 8.1
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Comportamiento sísmico
México, 1985. Ms= 8.1
Torre Latinoamericana
• 181 m de altura
• Zona del Lago
• 361 pilotes
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Comportamiento sísmico
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Osteraas, J. y Krawinkler (1989)
Tapia (2005)
Edificio Amsterdam
• Zona del Lago
• Construido en 1970
• Marcos momento resistentes.
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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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Comportamiento sísmico
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
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Comportamiento sísmico
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]
Comportamiento sísmico
Sismo 1957
Northridge, 1994. Ms= 6.5
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Comportamiento sísmico
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Daño en
conexiones
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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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Kobe, Japón.
Ms= 6.8
17 de enero, 1995
1,231 edificaciones con
daño severo.
El 25.7% eran metálicas.
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Comportamiento sísmico
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
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Comportamiento sísmico
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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.
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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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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]
Comportamiento sísmico
México
Ms= 8.2 y 7.1 grados
7 y 19 de septiembre 2017
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Comportamiento sísmico
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Comportamiento sísmico
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
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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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Comportamiento sísmico
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]
Comportamiento sísmico
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Incompatibilidad de deformaciones
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Comportamiento sísmico
Posibles soluciones
A. Separar los sistemas
B. Controlar la deformación
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Comportamiento sísmico
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19852017
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Comportamiento sísmico
T1
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Comportamiento sísmico
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Influencia de los modos superiores
Suelo
blando
Roca /
Transición
T1T2T3
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Comportamiento sísmico
Análisis
modal
espectral
Análisis no
lineal
Normas Técnicas Complementarias para Diseño
por Sismo del 2017 (RCDF-17)
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Comportamiento sísmico
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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.
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Comportamiento sísmico
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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Comportamiento sísmico
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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
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Comportamiento sísmico
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
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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
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Comportamiento sísmico
Gracias
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Edgar Tapia