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1

Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE UN EDIFICIO DE MUROS DE CONCRETO QUE FALLÓ EN EL SISMO DE CHILE DE 2010 Y DOS EDIFICIOS DE MARCOS

DISEÑADOS CON LAS NORMATIVAS CHILENA Y MEXICANA

Jorge A. Ávila 1, 2 y David A. López 2, 3

RESUMEN

Se compara el comportamiento sísmico de tres edificios: caso 1, edificio real que colapsó durante el terremoto en Chile

de 2010; casos 2 y 3, edificios de marcos de concreto con una estructuración geométrica similar al caso 1, pero uno

diseñado bajo las Normas Chilenas (NCH-433 y NCH-430) y el otro bajo la Norma Mexicana (NTC-Sismo y Concreto

del RCDF-04). Se comparan las respuestas sísmicas inelásticas calculadas con los acelerogramas CCH-NS 2010 y

SCT-EW 1985 sin y con efectos de sobre-resistencias. En el edificio 1 (caso real), la resistencia a flexocompresión y

flexotensión de los extremos inferiores de los muros de planta baja fue escaza ante el acelerograma CCH-NS60°.

ABSTRACT

The seismic structural performance of three buildings are studied: case 1 is a real case of a concrete wall building that

collapsed during the Chile’s earthquake in February 2010 and the buildings 2 and 3 are concrete frame buildings with

a geometric structuring similar to the building 1, but designed under the Chilean and Mexico City Norms. The

objectives are to evaluate the seismic performance of the three buildings and compare the inelastic seismic responses

calculated with two accelerograms: CCH-NS 2010 and SCT-EW 1985. From the results obtained, under record CCH-

NS 2010, analyzing the ground floor walls of the building 1: the flexural compression strength of the walls was low.

INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, se han generado sismos severos en el cinturón de fuego del pacífico, que han provocado un

número importante de pérdidas humanas y materiales. Tal fue el caso del sismo de México el 19 de septiembre de 1985

y más recientemente, el sismo en Chile del 27 de febrero de 2010 y el sismo de Japón el 11 de marzo de 2011.

El sismo de Chile de febrero de 2010 tuvo epicentro a 43 km al Sur-Oeste de la ciudad de Cobquecura y 150 km al

Noroeste de la ciudad de Concepción, con una profundidad de 30.1 km; su magnitud de momento sísmico fue Mw=8.8.

El sismo de México de 1985 tuvo epicentro frente a las costas de Michoacán a una distancia de 400 km de la ciudad

de México, con una profundidad de 15 km; su magnitud de momento sísmico fue Mw=8.1. La fig 1 muestra los

acelerogramas representativos de dichos eventos, para fines comparativos.

De acuerdo con las experiencias de estos sismos, se ha observado que los avances que ha tenido la ingeniería sísmica

son significativos y favorables siempre que la teoría, filosofías de diseño y detallados del refuerzo en las edificaciones

sean aplicados adecuadamente. Sin embargo, cabe señalar que, por lo general, cuando ocurren este tipo de sismos

severos, las normas sísmicas vigentes tienden a ser actualizadas con el fin de calibrarlas para que las estructuras tengan

un mejor comportamiento en el futuro.

OBJETIVO Y ALCANCE

El objetivo principal de este estudio consistió en calcular y comparar las respuestas sísmicas de tres edificios ante los

efectos de los acelerogramas CCH-NS (sismo Chile, 2010) y SCT-EW (sismo México, 1985) (ver fig 1), sin y con

efectos de sobre-resistencias. El edificio 1 es un caso real que colapsó durante el terremoto en Chile de 2010 (ver figs

2 a 4) y los edificios 2 y 3 (ver fig 5) son edificios de marcos de concreto con una estructuración geométrica similar a

la del edificio 1, diseñados con las Normas Chilenas y Mexicanas, respectivamente.

_________________________ 1 Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, México, D.F.; [email protected] 2 Posgrado de Ingeniería, UNAM 3 Becario de maestría del Instituto de Ingeniería, UNAM

XIX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2014

2

CRITERIOS DE ANÁLISIS Y DISEÑO

El edificio 2 se analizó y diseñó con las Normas Chilenas “Diseño sísmico de edificios” (NCH-433) y “Hormigón

Armado – Requisitos de diseño y calculo” (NCH-430), basada en el ACI-08. El análisis y diseño del edificio 3 se

Figura 1. Acelerograma del sismo de Chile de febrero de 2010, componente Norte-Sur de la estación de

Concepción Chile, y espectro de respuesta elástica comparado con el espectro elástico de diseño de la zona sísmica III de Chile para suelo tipo III. Acelerograma del sismo de México de 1985, componente Este-Oeste de la estación SCT, y espectro de respuesta elástica comparado con el espectro elástico de diseño para suelos con periodo dominante Ts=2s, según el Apendice A de las NTC-Sismo del RCDF-04

hizo con las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo (NTC-Sismo), y de Estructuras de Concreto

(NTC-Concreto) del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, vigente desde 2004 (RCDF-04). Los

análisis sísmicos dinámicos modales espectrales y el diseño de los edificios 2 y 3, se realizaron con base en los modelos

elásticos lineales tridimensionales, analizados con el programa ETABS; se incluyeron los efectos de las cargas

verticales, segundo orden y las deformaciones por flexión, axiales y de cortante en todos los miembros estructurales.

El dimensionamiento de los edificios 2 y 3 se realizó de forma tal que se cumpliera con el estado límite de servicio

para que no se excediera el límite máximo de distorsión angular permisible de 0.002, definido en la normativa chilena

(NCH-433) para cualquier estructura y en el Apéndice A de las NTC-Sismo para la condición en que los elementos no

estructurales están ligados de la estructura principal.

Los edificios 1 y 2 se consideraron desplantados en la zona sísmica III, en suelo tipo III de Chile; el factor de reducción

para el espectro elástico para el edificio 1 fue de 4.44 y para el edificio 2 fue de 7.8, sin embargo, para este edificio

rigió el cortante basal mínimo por lo que las aceleraciones se multiplicaron por 1.27 para alcanzar el cortante basal

mínimo. La fig 1 tiene el espectro elástico de diseño de la Norma Chilena y se compara contra el espectro de respuesta

elástica del registro CCH-NS 2010.

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0 20 40 60 80 100 120 140

Sa

Tiempo (s)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico NCH-433 (R=1)Elástico CCH-NS60 (Q=1)

-0.20

-0.15

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Sa

Tiempo (s)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico RCDF-04 (Q=1)

Elástico SCT-EW (Q=1)

CCH-NS60°

SCT-EW

3


El edificio 3 se consideró desplantado en la zona sísmica compresible (tipo IIIb) de la ciudad de México, en un suelo

cuyo periodo dominante es de Ts=2s, según el Apéndice A de las NTC-Sismo del RCDF-04; en la fig 1 se muestra el

espectro elásticos de diseño correspondiente, comparándolo contra el espectro de respuesta elástica del registro SCT-

EW 1985. Se asumió un factor de comportamiento sísmico Q=3, un factor de sobre-resistencia R= 2, y un factor de

irregularidad estructural FI=0.8.

Figura 2. Vistas antes y después del colapso del edificio 1


4

Figura 3. Vista en planta de los niveles de estacionamiento S2 y S1, nivel 1 y planta tipo del edificio 1

1 6 102 3 4 5 7 8 9A

BC

D

4.5m 5m 2.75m 5m 2.75m 6.25m 4.4m

39.5m

6.18m

6.8

3m

5.3

m2

.13

m4

.58

m1

2.5

7m

12

m

elosa = 15cm

elosa = 20cm

elosa = 15cm

Viga de 120x40 cm

Viga de 20x50cm

0.25m

0.25m

0.2

5m

0.25m

2.75m 6.1m

0.2

5m

0.25m

Sótanos S1 y S2

Nivel 1

Planta tipo

5


Figura 4. Corte de los ejes B, 1, 6 y 10 del edificio 1


6

Figura 5. Planta del estacionamiento (S1 y S2), planta tipo y cortes en elevación de los ejes 1, 6 y 9 de los

edificios 2 y 3

6.0

m6

.0 m

12

.0 m

4 m6.4 m9 m5.15 m2.6 m5.15 m2.6 m4.4 m

39.3 m

AB

C

1 2 4 6 7 8 93 5

X

Y

A

B

C

D

E

6.15 m

4.4 m 7.75 m 7.75 m 9 m 6.4 m 4 m6.15 m

45.45 m

1 2 4 6 7 8 93 5

X

Y

7.1

m3.

9 m

12.0

m

6.0

m6.

0 m

11 m

23 m

NCIM

S2

S1

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

N10

N11

N12

2.5

2 m

2.5

2 m

Simétrico

Modelo 3 (México) Modelo 2 (Chile)

Nivel de

calle

A B C

Vigas de

35X70cm

en toda la altura

Vigas de

45X90cm

en toda la altura

Co

lum

na

s: 8

0X

110c

mC

olu

mn

as:

80X

100

cmC

olu

mn

as:

80x

90c

m

Co

lum

na

s: 1

00X

130c

mC

olu

mn

as:

100

X12

0cm

Co

lum

na

s:1

00

x11

0cm

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

41

.04

m

12.0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

3.0

0 m

50.0

4 m

S1

N1

N2

N3

N4

N5

N6

N7

N8

N9

N10

N11

N12

N13

N14

N15

Vigas de

35X70cm

en toda la altura

Simétrico

Nivel de

calle

A B C

Vigas de

45X90cm

en toda la altura

Co

lum

na

s:

100

X1

30cm

Co

lum

na

s:1

00X

12

0cm

Co

lum

na

s:1

00x11

0cm

Co

lum

na

s:

100

X1

00cm

Modelo 3 (México) Modelo 2 (Chile)

Co

lum

na

s:

80X

11

0cm

Co

lum

na

s:8

0X

10

0cm

Co

lum

na

s:8

0x9

0cm

Co

lum

na

s:

80X

80

cm

S1, S2

Planta

tipo

Eje 1 Eje 6 y 9

7


RESPUESTAS ELÁSTICAS Y DISEÑOS

Las figs 6 y 7 presentan unas vistas de los modelos analíticos tridimensionales de los edificios 1, 2 y 3. La tabla 1

muestra los periodos de los tres primeros modos de vibración de dichos edificios. Como era de esperarse, el edificio 1

es el de menores periodos, ya que se trata de una estructuración rígida a base de muros de concreto; tiende a ser más

flexible en la dirección transversal (Y), de acuerdo con la dirección en que se presentó el colapso. La estructura del

edificio 2, a base de marcos y diseñado con las Normas Chilenas, presenta la mayor flexibilidad lateral.

La fig 8 tiene los espectros inelásticos de diseño y espectros de respuesta inelástica de los acelerogramas CCH-NS60°

y SCT-EW, y ubicación de los periodos fundamentales de vibración de la dirección transversal de los edificios 1, 2 y

3.

La fig 9 muestra las respuestas de diseño de las distorsiones angulares máximas de entrepiso, condición de servicio, y

fuerzas cortantes de entrepiso calculadas con los análisis dinámicos modales con los espectros inelásticos de diseño de

la Norma Chilena NCH-433 (suelo tipo III) y del Apéndice A (Ts= 2s y Q= 3) de las NTC-Sismo del RCDF-04, sismo

en la dirección Y (transversal), de los edificios 1, 2 y 3. Las distorsiones angulares máximas de entrepiso, calculadas

con el espectro del Apéndice A de las NTC-Sismo, están multiplicados por Q’R/7, según los valores de Q’ y R que le

corresponde al periodo fundamental de vibración de cada modelo.

Cabe recordar que el diseño sismorresistente y antes cargas verticales solamente se hizo para las estructuras de los

edificios 2 y 3; el edificio 1 es un caso real.

Figura 6. Vista del modelo tridimensional del edificio 1

Figura 7. Vistas del modelo tridimensional de los edificios 2 y 3


8

Tabla 1. Periodos de vibración de los edificios 1, 2 y 3

Figura 8. Espectros inelásticos de diseño y espectros de respuesta inelástica de los acelerogramas CCH-

NS60° y SCT-EW, y ubicación de los periodos fundamentales de vibración de dirección corta de los edificios 1, 2 y 3

Periodos de vibración (s), Edificio 1

Ty

1 (1) 0.623

2 (4) 0.136

3 (7) 0.075

Tx

4 (2) 0.476

5 (5) 0.130

6 (8) 0.064

T

7 (3) 0.463

8 (6) 0.111

9 (9) 0.056

(Periodo en el modelo tridimensional)


Ty

1 (1) 1.335

2 (4) 0.422

3 (7) 0.231

Tx

4 (2) 1.260

5 (5) 0.401

6 (8) 0.230

T

7 (3) 1.012

8 (6) 0.328

9 (9) 0.189



Ty

1 (1) 0.950

2 (4) 0.292

3 (7) 0.157

Tx

4 (2) 0.864

5 (5) 0.272

6 (8) 0.154

T

7 (3) 0.710

8 (6) 0.226

9 (9) 0.129


0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00

Sa

T (s)

Inelástico CCH-NS60° (Q=3) Inelástico SCT-EW (Q=3)

NCH-433 (Muros Chile) NCH-433 (Marcos Chile)

RCDF-04 (Marcos México) T=0.623 s (Muros Chile)

T=1.335 s (Marcos Chile) T=0.95 s (Marcos México)

9


Figura 9. Distorsiones angulares máximas de entrepiso y fuerzas cortantes de entrepiso calculadas con

análisis dinámicos modales con los espectros inelásticos de diseño de la Norma Chilena NCH-433 (suelo tipo III) y del Apéndice A (Ts= 2s y Q= 3) de las NTC-Sismo del RCDF-04, sismo en la dirección Y (transversal) de los edificios 1, 2 y 3

RESPUESTAS SÍSMICAS INELÁSTICAS

Los modelos elásticos tridimensionales de la estructura de los tres edificios, analizados con el ETABS, se tomaron

como referencia para calibrar los modelos bidimensionales analizados en el programa DRAIN-2DX; se hicieron las

comparaciones con base en los periodos de vibración, desplazamientos laterales y elementos mecánicos inducidos por

sismo y cargas verticales. Para tales fines se seleccionaron los ejes 1, 6 y 10, representativos del comportamiento

estructural de la dirección corta (Y) de los tres edificios. Posteriormente, solamente se muestran las respuestas

inelásticas principales del eje 6, por limitaciones de espacio. Las respuestas sísmicas elásticas e inelásticas de los ejes

seleccionados de cada edificio, se calcularon con el análisis sísmico dinámico de integración directa paso a paso.

Como se había mencionado previamente, Los registros utilizados fueron: a) acelerograma CCH-NS60° del sismo de

Chile de febrero de 2010, componente Norte-Sur 60° registrada en campo libre en Concepción Chile, intervalo de 0 a

140 segundos con intervalo de tiempo de 0.02 segundos; y, b) acelerograma SCT-EW del sismo de México de

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005

Niv

el

Distorsión angular máxima de entrepiso

Edificio 1 (NCH-433) Edificio 2 (NCH-433) Edificio 3 (NCH-433)

Edificio 1 (RCDF-04) Edificio 2 (RCDF-04) Edificio 3 (RCDF-04)

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

Niv

el

Fuerza cortante de entrepiso ( t )Edificio 1 (NCH-433) Edificio 2 (NCH-433) Edificio 3 (NCH-433)

Edificio 1 (RCDF-04) Edificio 2 (RCDF-04) Edificio 3 (RCDF-04)


10

septiembre de 1985, componente Este- Oeste registrada en campo libre en el Distrito Federal en la Secretaría de

Comunicaciones y Transportes, intervalo de 30 a 80 segundos con intervalo de tiempo de 0.02 segundos. La fig 1

mostró a dichos acelerogramas. Cabe aclarar que el espectro de respuesta elástica del registro CCH-NS60° presenta

dos picos importantes de periodos dominante, con valores un poco menor de 0.5 s y entre 1.5 y 2.0 s, respectivamente;

en cambio, el espectro de respuesta elástica del acelerograma SCT-EW muestra un pico dominante a los 2 s. Para

ambos espectros de respuesta elástica, las ordenadas máximas son del orden de 1 g, asumiendo un 5% de

amortiguamiento viscoso.

Las figs 10 a 12 tienen la ubicación del periodo fundamental de vibración, dirección transversal, de las estructuras

tridimensionales y los periodos fundamentales de vibrar de los modelos bidimensionales de los ejes estructurales 1, 6

y 10 seleccionados, de los edificios 1, 2 y 3, respectivamente, para fines comparativos; el periodo de vibración del eje

6 central de cada modelo es el que mejor representa al comportamiento tridimensional de la dirección transversal de

interés. En estas figuras se muestran los espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma

CCH-NS60° y la norma chilena NCH-433, espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma

SCT-EW y Apéndice A de las NTC-Sismo del RCDF-04.

Las respuestas sísmicas paso a paso de los tres ejes seleccionados de cada edificio se calcularon para los casos de

resistencia elástica (resistencias muy grandes), resistencias nominales (RN) y efectos de sobre resistencias (SR). Los

efectos de las sobre resistencias consideradas tomaron en cuenta un incremento del 30% para la resistencia a la

compresión del concreto (f’c) y un incremento del 25% del esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo (fy), congruentes

con resultados publicados en la literatura.

La figs 13(a), 13(b) y 13(c) muestran los resultados de las distorsiones angulares máximas de entrepiso de los análisis

sísmicos paso a paso con los acelerogramas CCH-NS 60° y SCT-EW para los casos elásticos e inelásticos, sin y con

sobre-resistencias, del eje 6 de los edificios 1, 2 y 3, respectivamente.

Las figs 14(a), 14(b) y 14(c) presentan las demandas máximas de ductilidad local de muros y columnas calculadas con

los acelerogramas CCH-NS 60° y SCT-EW, sin y con efectos de sobre-resistencias, del eje 6 de los edificios 1, 2 y 3

respectivamente. Las respuestas máximas tienden a presentarse en el extremo inferior de los miembros estructurales

de planta baja.

En las figs 15 a 17 se tienen los resultados de las curvas fuerza cortante basal-desplazamiento lateral de azotea de los

análisis sísmicos paso a paso con los acelerogramas CCH-NS 60° y SCT-EW, casos elásticos e inelásticos con

resistencias nominales y sobre-resistencias, del eje 6 de los edificios 1, 2 y 3, respectivamente. Nótese en estas gráficas

la contribución considerable de los efectos de sobre-resistencia en cuanto a lograr una disminución en la respuesta

correspondiente. Asimismo, se corrobora la importancia de que el periodo de vibración de la estructura no esté cerca

del periodo de vibración dominante del sitio de desplante, para fines de que no se tengan grandes amplificaciones en

las respuestas estructurales.

CONCLUSIONES

Al comparar el espectro inelástico de diseño de la Norma Chilena NCH-433 para edificios de muros de concreto

desplantados en suelo tipo III de la zona sísmica 3 de Chile, contra el espectro de respuesta del acelerograma CCH-

NS60° para una ductilidad de 3, se observa que las aceleraciones provocadas por el sismo de Chile de 2010 fueron

superiores a las esperadas desde el punto de vista del diseño.

Las respuestas inelásticas de los extremos inferiores de los muros de concreto de planta baja de los tres ejes en estudio

del edificio 1, ante los efectos del acelerograma CCH-NS60°, muestran que su resistencia a flexocompresión y

flexotensión fue diseñada al límite, con la presencia de articulaciones plásticas. Se corroboró que los bordes exteriores

de los muros de planta baja, ejes 1, 6 y 10, resultaron ser las zonas más esforzadas con efectos elevados de las

combinaciones flexión y carga axial (compresión y tensión). Los muros del edificio 1 no se diseñaron para incursionar

en el intervalo de comportamiento inelástico dado que no se cubrieron los requisitos de bordes especiales necesarios

en este tipo de elementos estructurales. La resistencia disponible al cortante de dichos muros, proporcionada en su

mayor parte por el refuerzo horizontal del alma, fue superior a la solicitación inducida por el sismo. Se corrobora que

los efectos considerados de sobre-resistencias se tuvo una incursión menor en el intervalo de comportamiento

inelástico, con respecto de lo se presenta con los efectos de resistencias-nominales.

11


Figura 10. Espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma CCH-NS60° y la norma

chilena NCH-433 (a), espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma SCT-EW y Apéndice A de las NTC-Sismo del RCDF-04 (b), y ubicación de los periodos fundamentales de vibración de los ejes 1, 6 y 10 del edificio 1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico NCH-433 (R=1) Inelástico NCH-433 (R=4.44)

Elástico CCH-NS60° (Q=1) Inelástico CCH-NS60° (Q=3)

Eje1 (T1y= 0.569 s) Eje6 (T1y= 0.655 s)

Eje10 (T1y= 0.620 s) Modelo 3D (T1y= 0.623 s)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico RCDF-04 (Q=1) Inelástico RCDF-04 (Q=3)Elástico SCT-EW (Q=1) Inelástico SCT-EW (Q=3)Eje1 (T1y= 0.569 s) Eje6 (T1y= 0.655 s)Eje10 (T1y= 0.620 s) Modelo 3D (T1y= 0.623 s)

a)

b)


12

Figura 11. Espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma CCH-NS60° y la Norma

Chilena NCH-433 (a), espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma SCT-EW y Apéndice A de las NTC-Sismo del RCDF-04 (b), y ubicación de los periodos fundamentales de vibración de los ejes 1, 6 y 9 del edificio 2

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)



Eje1 (T1y= 1.118 s) Eje6 (T1y= 1.287 s)


0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico RCDF-04 (Q=1) Inelástico RCDF-04 (Q=3)

Elástico SCT-EW (Q=1) Inelástico SCT-EW (Q=3)

Eje1 (T1y= 1.118 s) Eje6 (T1y= 1.287 s)


13


Figura 12. Espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos del acelerograma SCT-EW y Apéndice A

de las NTC-Sismo del RCDF-04 (a), espectros de respuesta y de diseño elásticos e inelásticos correspondientes del CCH-NS60° y la Norma Chilena NCH-433 (b), y ubicación de los periodos fundamentales de vibración de los ejes 1, 6 y 9 del edificio 3

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)

Elástico RCDF-04 (Q=1) Inelástico RCDF-04 (Q=3)

Eje1 (T1y= 0.719 s) Eje6 (T1y= 0.917 s)


Elástico SCT-EW (Q=1) Inelástico SCT-EW (Q=3)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0

Sa

Tiempo (s)



Eje1 (T1y= 0.719 s) Eje6 (T1y= 0.917 s)



14

Figura 13. Distorsiones angulares máximas de entrepiso de los análisis sísmicos paso a paso con los

acelerogramas CCH-NS 60° y SCT-EW para los casos elásticos e inelásticos, sin y con sobre-resistencias, del eje 6 de los edificios 1 (a), 2(b) y 3 (c)

-2-10123456789

101112131415

-0.0050 -0.0040 -0.0030 -0.0020 -0.0010 0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040 0.0050

Niv

el


Elástico (CCH-NS60°) Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-SR (CCH-NS60°)

Elástico (SCT-EW) Inelástico-RN (SCT-EW) Inelástico-SR (SCT-EW)

-2-10123456789

101112131415

-0.0125 -0.0075 -0.0025 0.0025 0.0075 0.0125

Niv

el




-2-10123456789

101112131415

-0.0125 -0.0075 -0.0025 0.0025 0.0075 0.0125

Niv

el




15


Figura 14. Demandas máximas de ductilidad local de columnas calculadas con los acelerogramas CCH-NS 60°

y SCT-EW, sin y con efectos de sobre-resistencias, eje 6 de los edificios 1 (a), 2 (b) y 3 (c)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Niv

el

Ductilidad local, mL

Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-SR (CCH-NS60°)Inelástico-RN (SCT-EW) Inelástico-SR (SCT-EW)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Niv

el


Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-SR (CCH-NS60°)

Inelástico-RN (SCT-EW) Inelástico-SR (SCT-EW)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

Niv

el


Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-SR (CCH-NS60°)

Inelástico-RN (SCT-EW) Inelástico-SR (SCT-EW)


16

Figura 15. Curvas fuerza cortante basal-desplazamiento lateral de azotea de los análisis sísmicos paso a paso

con los acelerogramas CCH-NS 60° y SCT-EW, casos elásticos e inelásticos con resistencias nominales y sobre-resistencias, eje 6 del edificio 1

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-12.5 -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5

Fuerz

a c

ort

ante

basal (t

)

Desplazamiento lateral de azotea (cm)

Elástico (CCH-NS60°) Elástico (SCT-EW)

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-12.5 -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5

Fuerz

a c

ort

ante

basal (t

)


Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-RN (SCT-EW)

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

-12.5 -10.0 -7.5 -5.0 -2.5 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5

Fuerz

a c

ort

ante

basal (t

)


Inelástico-SR (CCH-NS60°) Inelástico-SR (SCT-EW)

17




-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Fu

erz

a c

ort

ante

basal (t

)


Elástico (CCH-NS60°) Elástico (SCT-EW)

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Fu

erz

a c

ort

ante

basal (t

)


Inelástico-RN (CCH-NS60°) Inelástico-RN (SCT-EW)

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Fu

erz

a c

ort

ante

basal (t

)


Inelástico-SR (CCH-NS60°) Inelástico-SR (SCT-EW)


18



19


Con base en las respuestas de los edificios 2 y 3, se observa que los detallados del acero de refuerzo transversal y

longitudinal, establecidos en el reglamento del ACI-08 y en las NTC-Concreto del RCDF-04, proporcionan un

comportamiento sísmico adecuado a dichos edificios, garantizando el mecanismo de falla de columna fuerte-viga débil,

con una tendencia general de articulaciones plásticas en los extremos de las vigas y, al final, en la base de las columnas

de planta baja. El diseño de su acero de refuerzo transversal proporciona suficiente resistencia a cortante, evitando el

tipo de falla frágil y permitiendo el desarrollo de fallas dúctiles por flexión.

Las respuestas sísmicas inelásticas del edificio 2 (con base en las dimensiones y resistencias resultantes del diseño con

las Normas Chilenas NCH-433) ante los efectos del acelerograma CCH-NS60°, resultaron ser adecuadas; lo anterior

se debió a que a que los periodos fundamentales del edificio caen entre los dos picos dominantes del espectro de

respuesta del registro, con una solicitación sísmica relativamente baja.

Al estudiar el desempeño del edificio 1 ante las condiciones de la zona sísmica compresibles de la ciudad de México,

se observa que la estructuración a base de muros de concreto aporta la rigidez lateral suficiente para cumplir fácilmente

con los estados límite de servicio y de colapso exigidos por el Apéndice A de las NTC-Sismo del RCDF-04.

Obviamente favorece que los periodos fundamentales de vibración del edificio 1 son cortos, lejos del rango de periodos

dominantes del movimiento del suelo (Ts entre 1.5 y 2.5 segundos), cayendo en la rama ascendente del espectro de

diseño y del espectro de respuesta del acelerograma SCT-EW.

RECOMENDACIONES

Debe evitarse en lo posible que el periodo de vibración de las estructuras caigan cerca del periodo dominante del suelo

en el que se desplantan, como en el caso del edificio 1, ya que cuando esto sucede, durante los sismos intensos la

estructura tiende a presentar amplificaciones importantes en sus respuestas (desplazamientos laterales, acciones

internas) mayores a las que se esperaban.

Cuando se trata de diseños de estructuras de concreto en zonas con gran intensidad sísmica, es muy importante hacer

el detallado adecuado del acero de refuerzo de los elementos estructurales, así como también se debe verificar que

contribuyan con la resistencia necesaria; el acero de refuerzo longitudinal debe diseñarse con el anclaje necesario para

que pueda desarrollar su esfuerzo de fluencia sin presentar antes deslizamientos, el acero de refuerzo transversal de los

extremos de los muros de concreto debe confinar adecuadamente el núcleo de concreto de dichos elementos

estructurales de borde para evitar su falla y además el pandeo lateral del acero de refuerzo longitudinal ante las cargas

axiales considerables de compresión que se pueden llegar a presentar en los muros de cortante durante la fase intensa

del temblor. Se reitera, sobre todo en los muros de edificios altos, regidos por flexión, se espera que al incursionar en

el intervalo de comportamiento inelástico se formen articulaciones plásticas en la base de los muros, como en los

resultados obtenidos en este trabajo, tal que en su diseño tiene que considerarse, con especial atención, el detallado

longitudinal y transversal del acero de refuerzo de sus extremos (bordes) en toda la altura, como se indica en los

reglamentos modernos actuales.

REFERENCIAS

Paulay, T . (1992) , “Seismic design of re inforced concrete and masonry buildings ”, Ed John

Wiley and Sons , New Zealand .

Clough R. y Penzil J. (1995), “Dynamics of Structures”, Ed McGraw-Hill, EUA.

Gaceta Oficial del Gobierno del Distrito Federal (2004),“Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal

(RCDF-04) y Normas Técnicas Complementarias para el Diseño por Sismo y Estructuras de Concreto”, México,

D.F.

Instituto Nacional de Normalización (1996), “Norma Chilena, Diseño de Edificios”, Chile.

Instituto Nacional de Normalización (1999), “Norma Chilena, Hormigón – Requisitos Generales”, Chile.


20

American Concrete Institute (2008), “Requisitos de Reglamento Para Concreto Estructural (ACI 318S-08) y

Comentarios”, EUA.

Prakash V., Powell G.H. y Campbell S. (1993), “DRAIN-2DX, Base Program Description & User Guide V. 1.10,

Inelastic Dynamic Response of Plane Structures”, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de California,

Berkley.

Wilson E. y Habibullah A., (1998), “ETABS, Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems”,

Computer & Structures Inc. California USA.

comparaciÓn del comportamiento … · diseñado bajo las normas chilenas (nch-433 y nch-430) y el...

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