El Espectro de Diseño de la

Nueva norma Peruana de Diseño

Sismorresistente NTE.030 2016

Alejandro Muñoz PeláezProfesor Principal PUCPGerente Técnico PRISMA INGENIEROS

Lima, marzo de 2016

El Espectro de Diseño

𝑺𝒂 =𝒁 × 𝑼 × 𝑺 × 𝑪

𝑹× 𝒈

𝑽 =𝒁 × 𝑼 × 𝑺 × 𝑪

𝑹× 𝑷

…

Peligro Sísmico

…

Mapa de Peligro sísmicoen suelo Firme

Monroy y Bolaños2004

…

Mapa de Peligro sísmico

Zenón Aguilar (2009)

…

Mapa de Peligro sísmico

IGP-2014

Zonificación

Mapa de Zonificación sísmica Norma

E.030-2016

Amplificación de las ondas sísmicas causada por la topografía

Microzonificación Sísmica y Estudios de Sitio

Condiciones Geotécnicas

Perfiles de Suelo

Amplificación de las solicitaciones sísmicas por los estrados de suelo

Parámetros de Sitio (S, TP y TL)

• El factor “S” depende del suelo y de la Zona

• TP y TL solo dependen del suelo

TP define la plataforma de C, TL define el inicio de la zona espectral con desplazamiento constante.

…

…

SUBDUCCIÓN

…

Factor de Amplificación Sísmico (C)

TP0.2TP TL

TP0.2TP TL

C = 2,5 ∙TP ∙ TL

T 2

T > TL

C = 2,5 ∙TPT

TP < T < TL

C = 2,5T < TP

…

“C” para suelo Firme

Costa Sierra Selva

ZSCosta ZSSierra ZSSelva≫ ≫

S1

S3

…

Categoría, Sistema Estructural y

Regularidad de las Edificaciones

Categoría y Factor de Uso

Tabla N° 5 CATEGORÍA DE LAS EDIFICACIONES Y FACTOR “U”

Categoría Descripción Factor U

AEs

en

cial

es

A1: Establecimientos de salud del Sector Salud (públicos y privados) delsegundo y tercer nivel, según lo normado por el Ministerio de Salud.

Ver Nota 1

A2: Edificaciones esenciales cuya función no debería interrumpirseinmediatamente después de un sismo severo :- Establecimientos de salud no comprendidos en la categoría A1.- Puertos, aeropuertos, locales municipales, centrales de

comunicaciones. Estaciones de bomberos, cuarteles de las fuerzasarmadas y policía.

- Instalaciones de generación y transformación de electricidad,reservorios y plantas de tratamiento de agua.

- Todas aquellas edificaciones que puedan servir de refugio despuésde un desastre, tales como instituciones educativas, … .

- Edificaciones cuyo colapso puede representar un riesgo adicional,tales como grandes hornos, fábricas …

- Edificios que almacenen archivos e información esencial del Estado.

1.5

Hospitales:Categoría A1

…

Nota 1: Las nuevas edificaciones de categoría A1 tendrán aislamiento sísmico en la base cuando se encuentren en las zonas sísmicas 4 y 3. En las zonas sísmicas 1 y 2 … el valor de U será como mínimo 1.5.

Colegios: Categoría A2

…

…

Aeropuertos: Categoría A2

…

Tabla 5 CATEGORÍA DE LAS EDIFICACIONES Y FACTOR “U”

Categoría Descripción Factor U

BImportantes

Edificaciones donde se reúnen gran cantidad de personas tales comocines, teatros, estadios, coliseos, centros comerciales, terminales depasajeros, establecimientos penitenciarios, o que guardanpatrimonios valiosos como museos y bibliotecas.También se considerarán depósitos de granos y otros almacenesimportantes para el abastecimiento.

1.3

CComunes

Edificaciones comunes tales como: viviendas, oficinas, hoteles,restaurantes, depósitos e instalaciones industriales cuya falla noacarree peligros adicionales de incendios o fugas de contaminantes.

1.0

DTemporales

Construcciones provisionales para depósitos, casetas y otras similares.Ver

Nota 2

Nota 2: En estas edificaciones deberá proveerse resistencia y rigidez adecuadas para acciones laterales, a criterio del proyectista.

Estadios, Coliseos: Categoría B

…

U = 1.3

Edificios con Aislamiento

…

Edificios con aislamiento U = 1.

Sistemas de Aislamiento Sísmico y Sistemas

de Disipación de Energía

Edificios con Disipadores

Edificios con Aislamiento

Se permite la utilización de sistemas de aislamiento sísmico o desistemas de disipación de energía en la edificación, siempre y cuandose cumplan las disposiciones de esta Norma y la ASCE/SEI 7-10.

Sistemas Estructurales

Edificios con pórticos

Edificios con muros

Estructuras de Concreto Armado

…

Clasificación de los sistemas estructurales en concreto

100%

80%

30%

0% 100%

20%

0%

70%

Sistema de Muros de Ductilidad Limitada

…

EMDL ahora hasta 8 pisos

…

Los MDL ya NO se pueden usar en los pisos superiores de un edificio de muros convencional

…

Estructuras de Acero

Pórticos Especiales Resistentes a

Momentos (SMF)

Estructuras con arriostres (EBF)

Categoría y Sistemas Estructurales

Tabla N° 6

CATEGORÍA Y SISTEMA ESTRUCTURAL DE LAS EDIFICACIONES

Categoría de la Edificación Zona Sistema Estructural

A1

4 y 3 Aislamiento Sísmico con cualquier sistema estructural.

2 y 1

Estructuras de acero tipo SCBF, OCBF y EBF.

Estructuras de concreto: Sistema Dual, Muros de Concreto Armado.

Albañilería Armada o Confinada.

A2 (*)4, 3 y 2

Estructuras de acero tipo SCBF, OCBF y EBF.

Estructuras de concreto: Sistema Dual, Muros de Concreto Armado.

Albañilería Armada o Confinada.

1 Cualquier sistema.

B4, 3 y 2

Estructuras de acero tipo SMF, IMF, SCBF, OCBF y EBF.

Estructuras de concreto: Pórticos, Sistema Dual, Muros de Concr Armado.

Albañilería Armada o Confinada.

Estructuras de madera

1 Cualquier sistema.

C 4, 3, 2 y 1 Cualquier sistema.

Sistemas Estructurales y Coeficiente Básico

de Reducción de las Fuerzas sísmicas (R0)

R0 para cada dirección según el sistema estructural

…

Tabla N° 7

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Sistema EstructuralCoeficiente Básico

de Reducción R0 (*)Acero:

Pórticos Especiales Resistentes a Momentos (SMF)

Pórticos Intermedios Resistentes a Momentos (IMF)

Pórticos Ordinarios Resistentes a Momentos (OMF)

Pórticos Especiales Concéntricamente Arriostrados (SCBF)

Pórticos Ordinarios Concéntricamente Arriostrados (OCBF)

Pórticos Excéntricamente Arriostrados (EBF)

8

7

6

8

6

8Concreto Armado:

Pórticos

Dual

De muros estructurales

Muros de ductilidad limitada

8

7

6

4Albañilería Armada o Confinada. 3Madera (Por esfuerzos admisibles) 7

Regularidad Vs Irregularidad

Estructural

…

Irregularidad Estructural

Las estructuras deben ser clasificadas como regulares o irregulares para :

• Cumplir las restricciones de la Tabla Nº 10.• Establecer los procedimientos de análisis.• Determinar el coeficiente R de reducción de fuerzas sísmicas.

Estructuras Regulares: Las que no presentan las irregularidades indicadas en las Tablas N°8 y Nº 9. Ia ó Ip será igual a 1.0

Irregularidades en Altura

Irregularidad de Piso Blando

Irregularidad de Piso Blando, Ia = 0.75

∆𝑖

ℎ𝑖≥ 1.4

∆𝑖+1

ℎ𝑖+1ó

∆𝑖

ℎ𝑖≥

1.25

3

∆𝑖+1

ℎ𝑖+1+

∆𝑖+2

ℎ𝑖+2+

∆𝑖+3

ℎ𝑖+3

Irregularidad Extrema de Piso Blando, Iaext = 0.50

∆𝑖

ℎ𝑖≥ 1.6

∆𝑖+1

ℎ𝑖+1ó

∆𝑖

ℎ𝑖≥

1.4

3

∆𝑖+1

ℎ𝑖+1+

∆𝑖+2

ℎ𝑖+2+

∆𝑖+3

ℎ𝑖+3

hi

hi+1

hi+2

hi+3

Di+3Di+2Di

…

Di+1

Irregularidad de Masa, 𝑰𝒂=𝟎.90

𝐶𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑊𝑖 > 1.5 𝑊𝑖+1 ó 𝑊𝑖 > 1.5 𝑊𝑖−1

…

…

Irregularidad deGeometría Vertical, 𝑰𝒂=𝟎.𝟗𝟎

𝐶𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑏2 > 1.3 × 𝑏1

…

Discontinuidad enSistemas Resistentes, 𝑰𝒂 = 𝟎. 𝟖𝟎

𝑉𝑒𝑙𝑒𝑚 ≥ 0.1𝑉𝐸𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐 y 𝑒 > 0.25𝑏

Discontinuidad Extrema enSistemas Resistentes, 𝑰𝒂𝒆𝒙𝒕 = 𝟎. 𝟔𝟎

𝑉𝑒𝑙𝑒𝑚 ≥ 0.25𝑉𝐸𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐 y 𝑒 > 0.25𝑏

Irregularidad por Esquinas Entrantes, 𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟗𝟎

( a> 0.2𝐴 ) y ( 𝑏 > 0.2B )

Irregularidades en Planta

Ejemplo de Irregularidad por esquina entrante

…

…

Irregularidad por Discontinuidad del Diafragma 𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟖𝟓

Discontinuidad abrupta del Diafragma

…

Irregularidad por Discontinuidad del Diafragma, 𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟖𝟓

Reducción del área del Diafragma.

𝐴′ > 50%𝐴𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

…

Irregularidad Torsional, 𝑰𝒑 = 𝟎.75

∆𝑚á𝑥

ℎ𝑖> 1.2

∆𝐶𝑀ℎ𝑖

𝑦∆𝑚á𝑥

ℎ𝑖> 0.5

∆

ℎpermisible

Irregularidad Torsional Extrema, 𝑰𝒑 = 𝟎.60

∆𝑚á𝑥

ℎ𝑖> 1.5

∆𝐶𝑀ℎ𝑖

𝑦∆𝑚á𝑥

ℎ𝑖> 0.5

∆

ℎpermisible

Restricciones a la Irregularidad

TABLA N° 8 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA Factor de Irregularidad

Ia

Irregularidad de Rigidez – Piso Blando. …, la distorsión de entrepiso (deriva) es mayor que 1,4 veces el valor en el

entrepiso inmediato superior, o es mayor que 1,25 veces el promedio de los tres entrepiso superiores adyacentes. La distorsión de entrepiso se calculará …

0.75Irregularidades de Resistencia – Piso Débil. ...cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, la resistencia de un entrepiso frente a fuerzas cortantes es inferior a 80 % de la resistencia del entrepiso inmediato superior.

Irregularidad Extrema de Rigidez (Ver Tabla Nº 10) …, la distorsión de entrepiso (deriva) es mayor que 1,6 veces el correspondiente valor del entrepiso inmediato superior, o es mayor que 1,4 veces el promedio de las distorsiones de entrepiso en los tres niveles superiores adyacentes.

0.50Irregularidad Extrema de Resistencia (Ver Tabla Nº 10) … cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, la resistencia de un entrepiso frente a fuerzas cortantes es inferior a 65 % de la resistencia del entrepiso inmediato superior.

…

TABLA N° 8 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA Factor de Irregularidad

Ia

Irregularidad de Masa o Peso… cuando el peso de un piso, determinado según el numeral 4.3, es mayor que 1.5 veces el peso de un piso adyacente. no aplica en azoteas ni en sótanos.

0.90

Irregularidad Geométrica Vertical… cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, la dimensión en planta de la estructura resistente a cargas laterales es mayor que 1.3 veces la correspondiente dimensión en un piso adyacente. no aplica en azoteas ni en sótanos.

0.90

Discontinuidad en los Sistemas Resistentes… cuando en cualquier elemento que resista más de 10 % de la fuerza cortante se tiene un desalineamiento vertical, tanto por un cambio de orientación, como por un desplazamiento del eje de magnitud mayor que 25 % de la correspondiente dimensión del elemento.

0.80

Discontinuidad extrema de los Sistemas Resistentes (Ver Tabla Nº 10)…cuando la fuerza cortante que resisten los elementos discontinuos según se describen en el ítem anterior, supere el 25% de la fuerza cortante total.

0.60

…

TABLA N° 9 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTAFactor de

Irregularidad IP

Irregularidad Torsional… cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, el máximo desplazamiento relativo de entrepiso en un extremo del edificio, calculado incluyendo excentricidad accidental (∆𝒎á𝒙), es mayor que 1.2 veces el desplazamiento relativo del centro de masas del mismo entrepiso para la misma condición de carga (∆𝑪𝑴). …sólo se aplica en edificios con diafragmas rígidos y si el máximo desplazamiento relativo de entrepiso es mayor que 50 % del desplazamiento permisible…

0.75

Irregularidad Torsional Extrema… cuando, en cualquiera de las direcciones de análisis, el máximo desplazamiento relativo de entrepiso en un extremo del edificio, calculado incluyendo excentricidad accidental (∆𝒎á𝒙), es mayor que 1.5 veces el desplazamiento relativo del centro de masas del mismo entrepiso para la misma condición de carga (∆𝑪𝑴). …sólo se aplica en edificios con diafragmas rígidos y si el máximo desplazamiento relativo de entrepiso es mayor que 50 % del desplazamiento permisible…

0.60

Esquinas EntrantesLa estructura se califica como irregular cuando tiene esquinas entrantes cuyas dimensiones en ambas direcciones son mayores que 20 % de la correspondiente dimensión total en planta.

0.90

…

TABLA N° 9 IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTAFactor de

Irregularidad IP

Discontinuidad del Diafragma…cuando los diafragmas tienen discontinuidades abruptas o variaciones importantes en rigidez, incluyendo aberturas mayores que 50 % del área bruta del diafragma. … cuando, en cualquiera de los pisos y para cualquiera de las direcciones de análisis, se tiene alguna sección transversal del diafragma con un área neta resistente menor que 25 % del área de la sección transversal total de la misma dirección calculada con las dimensiones totales de la planta.

0.85

Sistemas no Paralelos… cuando en cualquiera de las direcciones de análisis los elementos resistentes a fuerzas laterales no son paralelos. No se aplica si los ejes de los pórticos o muros forman ángulos menores que 30° ni cuando los elementos no paralelos resisten menos que 10 % de la fuerza cortante del piso.

0.90

…

Tabla N° 10

CATEGORÍA Y REGULARIDAD DE LAS EDIFICACIONES

Categoría de la Edificación Zona Restricciones

A1 y A24, 3 y 2 No se permiten irregularidades

1 No se permiten irregularidades extremas

B4, 3 y 2 No se permiten irregularidades extremas

1 Sin restricciones

C

4 y 3 No se permiten irregularidades extremas

2

No se permiten irregularidades extremas

excepto en edificios de hasta 2 pisos u 8 m de

altura total

1 Sin restricciones

Piso Típico

(2do a 7mo)

MurosenEstacionamiento

Sistema de

Transferencia

Sistemas de Transferencia

… no se permiten

sistemas de

Transferencia …

…

Coeficiente de Reducción de las Fuerzas

Sísmicas

• Ia : Factor de irregularidad en altura

• Ip : Factor de irregularidad en planta

R = Ia * Ip * R0

Edificio “Alfa” 10 pisos en la Costa, Suelo S1

b2/b1 = 38.8/21.4 = = 1.81 > 1.3

b2 = 38.8m

b1 = 21.4m

𝑰𝒂 = 𝟎. 𝟗𝟎

Irregularidad de Geometría Vertical

…

Planta 8va

Planta 9na y 10ma

DIRECCION PERIODO ΔMAX ΔCM ΔMAX

/ ΔCM

X 1.16 5.03 3.40 1.48

Y 1.08 4.54 3.25 1.40

𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟕𝟓

1.2 < ΔMAX/ ΔCM = 1.48 < 1.5

ΔMAX/ hi > 0.5Δpermisible

Irregularidad Torsional

hi= 260cm

5.03/ 260 (0.019) > 0.5*0.007 (0.0035)

𝑅 = 0.90 × 0.75 × 𝑅0= 0.675 × 𝑅0

𝑅2016 = 0.675 × 𝑅0

𝑅2006 = 0.75 × "𝑅0 "

𝑉2016𝑉2006

=

0.45 × 1.0…0.675 × 𝑅00.4 × 1.0…0.75 × 𝑅0

= 1.25

∴ 𝑉2016 > 𝑉2006 𝑒𝑛 25%

R = Ia * Ip * R0

Edificio “Beta” 8 pisos en la Costa , Suelo S2

(4.10 + 4.10)/(33.70) = 0.24

< 0.25

𝑰𝒑 = 𝟎. 𝟖𝟓

𝑰𝒂 = 𝟏. 𝟎𝟎

Sin irregularidad en Altura

Irregularidad por Discontinuidad del Diafragma

𝑅 = 1.00 × 0.85 × 𝑅0 = 0.85 × 𝑅0

𝑅2016 = 0.85 × 𝑅0

𝑅2006 = 0.75 × "𝑅0 "

𝑉2016𝑉2006

=

0.45 × 1.05…0.675 × 𝑅00.4 × 1.2…0.75 × 𝑅0

= 0.87

∴ 𝑉2016 < 𝑉2006 𝑒𝑛 13%

R = Ia * Ip * R0

𝑅2016 = 0.675 × 6.0 = 4.1

Sa =Z × U × S × C

R× g

𝑅2016 = 0.85 × 6.0 = 5.1

𝑅2006 = 0.75 × 6.0 = 4.5

𝑅2006 = 0.75 × 6.0 = 4.5

gracias …