COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. PEDRO FELIPE CAMARGO BERMÚDEZ VIVIANA CASTELLANOS AVELLANEDA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C, COLOMBIA JUNIO DE 2013 ____________________ FIRMA ________________ FECHA COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. PEDRO FELIPE CAMARGO BERMÚDEZ VIVIANA CASTELLANOS AVELLANEDA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C, COLOMBIA JUNIO DE 2013 COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIER0 CIVIL PEDRO FELIPE CAMARGO BERMÚDEZ VIVIANA CASTELLANOS AVELLANEDA DIRECTOR DANIEL MAURICIO RUIZ VALENCIA INGENIERO CIVIL M. Sc. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C, COLOMBIA JUNIO DE 2013 REGLAMENTO DE LA PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA Art. 23 de la resolución No. 13 del 6 de Julio de 1964 “La universidad no se hace responsable por los conceptos emitidos por sus alumnos en sus trabajos de tesis. Solo velará porque no se publique nada contrario al dogma y la moral católica y porque las tesis no contengan ataques o polémicas puramente personales; antes bien, se ve en ellas el anhelo de buscar la verdad y la justicia.” AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen cordialmente a: DANIEL MAURICIO RUIZ VALENCIA, Ingeniero Civil y Director del Trabajo de Grado por su colaboración durante el proceso de desarrollo del presente trabajo. JOSE ANTONIO MAGALLÓN GUDIÑO, Ingeniero Civil por su disposición en la solución de inquietudes sobre normatividad. MARIA PATRICIA LEÓN NEIRA, Ingeniera Civil quien facilitó documentación técnica para la elaboración del presente trabajo de grado. DEDICATORIA Dedicamos el presente trabajo de grado a nuestros padres y personas cercanas por el apoyo y confianza que nos han brindado para cumplir nuestros objetivos como personas y profesionales. A Medardo Bermúdez Gómez -QEPD- por sus grandes enseñanzas y concejos brindados como abuelo y amigo. Pedro Felipe Camargo Bermúdez A Aleida Avellaneda Cruz, Orlando Castellanos Mantilla, Daniel Camilo López por apoyarme durante el desarrollo del trabajo de grado y darme ánimo para afrontar los obstáculos y ser mejor persona en el día a día. Viviana Castellanos Avellaneda COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN 28 1.1. JUSTIFICACIÓN 29 1.2. OBJETIVOS 30 1.2.1. GENERAL 30 1.2.2. ESPECIFICO 30 1.3. ALCANCE 30 2. MARCO TEÓRICO 32 2.1. ANÁLISIS NO LINEAL 32 2.2. MATERIALES 33 2.2.1. Concreto inconfinado 34 2.2.2. Concreto confinado 36 2.2.3. Acero de refuerzo 37 2.3. DIAGRAMAS MOMENTO – CURVATURA 37 2.3.1. Determinación de la curva teórica del diagrama M-φ para vigas con simple refuerzo 39 2.3.2. Determinación del diagrama momento curvatura para columnas 47 2.4. NIVEL DE DESEMPEÑO 54 2.4.1. Elementos Estructurales 54 2.4.2. Nivel global de desempeño 55 2.5. RESPUESTA HISTERÉTICA 57 2.6. COMPORTAMIENTO DINÁMICO DE ESTRUCTURAS 61 2.7. ESPECTROS DE RESPUESTA 63 2.7.1. Tipos de espectros 64 2.8. RÓTULAS PLÁSTICAS 66 3. COMPARACIÓN ENTRE NSR – 98 Y NSR – 10 69 3.1. TÍTULO A 69 3.2. TÍTULO B 70 3.3. COMPARACIÓN ENTRE MICROZONIFICACIÓN SÍSMICA DE BOGOTÁ DE 1997 Y 2010 71 4. DISEÑO DE EDIFICACIONES 76 4.1. METODOLOGÍA DE DISEÑO 78 4.1.1. AVALÚO DE CARGAS DE NSR - 98 79 Junio de 2013 7 COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. 4.1.2. AVALÚO DE CARGAS DE NSR – 10 85 4.2. METODOLOGÍA DE ANÁLISIS 90 4.2.1. DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 91 4.2.2. DISEÑO DE CONCRETO REFORZADO 94 5. SISMO DE QUETAME 109 5.1. ASPECTOS GENERALES 109 5.2. CARACTERISTICAS DEL SISMO 109 5.3. SECUENCIA DE RÉPLICAS 110 5.4. MUNICIPIO DE QUETAME 111 5.4.1. Colapso de viviendas 111 6. SEÑALES SISMICAS 113 6.1. ASPECTOS GENERALES 113 6.1.1. Ubicación 114 6.1.2. Obtención de Espectros 116 6.1.3. Obtención de Períodos del suelo 116 6.2. ANÁLISIS DE LAS SEÑALES SÍSMICAS 118 7. MODELACIÓN NO LINEAL 127 7.1. ASPECTOS GENERALES 127 7.2. CASOS ANÁLISIS 127 7.3. RÓTULAS PLASTICAS 130 7.4. RECURSOS DEMANDADOS 136 8. RESULTADOS 139 8.1. ZONA 3 NR – 98 139 8.1.1. VIGAS 139 8.1.2. DERIVAS 142 8.1.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 146 8.1.4. CORTANTE EN LA BASE 148 8.1.5. COLUMNAS 154 8.2. ZONA 5 NSR – 98 159 8.2.1. VIGAS 159 8.2.2. DERIVAS 162 8.2.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 166 8.2.4. CORTANTE EN LA BASE 168 8.2.5. COLUMNAS 174 8 Junio de 2013 COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. 8.3. LACUSTRE 200 NSR – 10 179 8.3.1. VIGAS 179 8.3.2. DERIVAS 181 8.3.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 184 8.3.4. CORTANTE EN LA BASE 187 8.3.5. COLUMNAS 193 8.4. ALUVIAL 300 NSR – 10 197 8.4.1. VIGAS 197 8.4.2. DERIVAS 201 8.4.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 205 8.4.4. CORTANTE EN LA BASE 207 8.4.5. COLUMNAS 213 9. ANÁLISIS DE RESULTADOS 218 9.1. ZONA 3 NSR – 98 vs. LACUSTRE 200 NSR – 10 218 9.1.1. VIGAS 218 9.1.2. DERIVAS 220 9.1.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 223 9.1.4. CORTANTE EN BASE 225 9.1.5. COLUMNAS 227 9.1.6. NIVELES DE DAÑO 228 9.2. ZONA 5 NSR – 98 vs. ALUVIAL 300 NSR – 10 231 9.2.1. VIGAS 232 9.2.2. DERIVAS 234 9.2.3. DESPLAZAMIENTO EN CUBIERTA 237 9.2.4. CORTANTE EN BASE 238 9.2.5. COLUMNAS 242 9.2.6. NIVELES DE DAÑO 243 10. CONCLUSIONES 248 11. RECOMENDACIONES 251 12. BIBLIOGRAFIA 252 Junio de 2013 9 COMPARACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO DE EDIFICACIONES DISEÑADAS CON NSR-98 Y NSR-10 ANTE LOS REGISTROS DEL SISMO DE QUETAME (2008) EN BOGOTÁ. INDICE DE FIGURAS Figura 2-1 Gráfica Lineal vs No Lineal. Tomado de (Allauca Sanchez, 2006) 32 Figura 2-2 Comportamiento de unión viga – columna ante cargas dinámicas. Tomado de (Ibersa, 2001) 33 Figura 2-3 Esfuerzo vs deformación para el concreto no confinado y confinado. Tomado de (Allauca Sanchez, 2006) 34 Figura 2-4 Curva esfuerzo-deformación para el concreto inconfinado. Tomado de (García, Dinámica Estructural Aplicada al Diseño Sísmico, 1998) 34 Figura 2-5 Curva esfuerzo – deformación para el concreto confinado. Tomado de (XTRACT, 2005) 36 Figura 2-6 Curva esfuerzo – deformación para el concreto confinado. Tomado de (García, Dinámica Estructural Aplicada al Diseño Sísmico, 1998) 37 Figura 2-7 Deformaciones unitarias de un elemento sometido a flexión. Tomado de (Binaria, 2011) 38 Figura 2-8 Diagrama Momento – Curvatura para una sección subreforzada. Tomado de (Ruiz, 2000) 39 Figura 2-9 Curva teórica para el diagrama Momento – Curvatura. Tomado de (Ruiz, 2000) 39 Figura 2-10 Sección transversal de una viga en concreto reforzado. Tomado de (Binaria, 2011) 42 Figura 2-11 Deformaciones unitarias en el punto de fluencia del acero. Tomado de (Ruiz, 2000) 43 Figura 2-12 Equilibrio de fuerzas en el punto de fluencia del acero. Tomado de (Ruiz, 2000) 44 Figura 2-13 Fuerzas y deformaciones unitarias en el punto de resistencia última de la selección. Tomado de (Ruiz, 2000) 45 Figura 2-14 Dimensiones de la sección transversal de una columna de concreto reforzado. Tomado de (Ruiz, 2000) 47 Figura 2-15 Propiedades del estribo de acero. Tomado de (Ruiz, 2000) 50 Figura 2-16 Sumatoria de fuerzas en el punto de fluencia del acero. Tomado de (Ruiz, 2000) 50 Figura 2-17 Sumatoria de fuerzas en el punto de resistencia última de sección. Tomado de (Ruiz, 2000) 53 Figura 2-18 Curva de desempeño típico. Tomado de (ATC, 1996) 55 Figura 2-19 Estructura sometida a cargas dinámicas. Tomado de (Crisafulli & Villafañe, 2002)57 10 Junio de 2013