En el presente texto se ilustra el procedimiento de análisis y diseño sísmico de un edificio de acuerdo con el reglamento Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, NSR – 10. Se desarrolla un modelo analítico lineal de pórticos tridimensionales, se analiza una estructura en el espacio y se ilustra y desarrolla el diseño y detalle de los diferentes elementos que lo conforman como son las columnas, vigas, nudos y muros. No sólo se aplica la norma sino que se discuten sus disposiciones y se compara con las normas de otros países.

CAPÍTULO 1

FUNDAMENTOS DEL DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS

 

1.1 Aspectos generales del diseño sísmico

 

1.2  Filosofía del diseño sismo resistente

 

1.3 Solicitaciones sísmicas

 

1.4 Amenaza sísmica

1.4.1 Espectro de respuesta sísmica

1.4.2 Espectro elástico de diseño

1.4.3 Espectro inelástico de diseño

 

1.5. Configuración estructural de la edificación y coeficiente de capacidad de disipación de energía para ser empleado en el diseño, R

 

1.5.1 Asimetrías del sistema estructural de resistencia sísmica

1.5.2 Redundancia del sistema estructural de resistencia sísmica

1.5.3 Recomendaciones para una buena estructuración

 

1.6 Evaluación de la deriva máxima

 

1.6.1 Límites de la deriva máxima

1.6.2 Separación entre estructuras adyacentes por consideraciones sísmicas

 

CAPÍTULO 2

FILOSOFÍA DEL DISEÑO SÍSMICO

 

2.1 Sistemas estructurales

 

2.1.1 Sistema de muros

2.1.2 Sistema de pórticos dúctiles a flexión

2.1.3 Sistema de pórticos

2.1.4 Sistema dual

2.1.5 Sistema combinado

 

2.2 Métodos de análisis

 

2.2.1 Método de la fuerza horizontal equivalente

2.2.2 Método del análisis dinámico elástico

 

2.3 Aspectos generales del diseño sísmico

 

2.3.1 Comportamiento de las estructuras hiperestáticas

2.3.2 Ejemplo numérico

 

2.4 Filosofía del diseño sísmico según la NSR – 10

 

2.5 Procedimiento para el diseño de vigas y columnas

 

2.5.1 Diseño a flexión de vigas

2.5.2 Diseño a flexo – compresión de columnas

 

2.6 Procedimiento para el diseño a cortante de vigas y columnas

 

2.6.1 Estructuras con Demanda Moderada de Ductibilidad (DMO)

2.6.2 Estructuras con Demanda Especial de Ductibilidad (DES)

 

CAPÍTULO 3

ANÁLISIS TRIDIMENSIONAL

 

3.1 Introducción

 

3.2 Hipótesis del modelo matemático

 

3.3 Definiciones

 

3.4 Sistema global de coordenadas

 

3.5 Procedimiento de análisis, diagrama de flujo

 

3.6 Matriz de rigidez de la estructura

 

3.6.1 Fundamentos

3.6.2 Desplazamientos de los entrepisos

3.6.3 Matriz de rigidez de la estructura en coordenadas globales

 

3.7 Vector de cargas

 

3.7.1 Coordenadas del centro de cortante

3.7.2 Coordenadas del centro de torsión

3.7.3 Excentricidades estáticas y de diseño

3.7.4 Momentos torsores

 

3.8 Análisis de los pórticos planos

 

3.8.1 Desplazamientos de los entrepisos

3.8.2 Desplazamientos de los pórticos planos

3.8.3 Cortantes y fuerzas sísmicas en los pórticos

 

3.9 Control de derivas

 

3.10 Ejemplo

 

3.11 Análisis de período natural de vibración, T

 

3.11.1 Métodos empíricos

3.11.2  Método de análisis dinámico

3.11.3 Método de Rayleigh

3.11.4 Restricciones de la NSR – 10

3.11.5  Revisión del periodo

 

CAPÍTULO 4

ANÁLISIS Y DISEÑO DE VIGAS

 

4.1 Introducción

 

4.2 Materiales

 

4.3 Requisitos de diseño

 

4.3.1 Requisitos geométricos

4.3.2 Requisitos generales para el esfuerzo longitudinal

4.3.3 Detallado del refuerzo de flexión

4.4 Tuberías embebidas

 

4.5 Sistema de losas aligeradas o nervadas

 

4.6 Requisitos de diseño sismo resistente para vigas, NSR – 10

 

4.7 Ejemplo de diseño

 

4.8 Comentarios sobre la NSR – 10

4.8.1 Secciones críticas para el diseño del refuerzo negativo

4.8.2 Longitud de desarrollo para barras terminadas con gancho estándar, estructuras con demanda especial de ductibilidad

4.8.3 Espesores mínimos de vigas y columnas en uniones interiores, estructuras con demanda moderada de ductibilidad

4.8.4 Método para evaluar el cortante de diseño en vigas de estructuras

4.8.5 Factor de seguridad a cortante para estructuras aporticadas con demanda moderada de ductibilidad

4.8.6 Zonas de traslapos en vigas de estructuras con demanda moderada de ductibilidad

 

CAPÍTULO 5

ANÁLISIS Y DISEÑO DE COLUMNAS

 

5.1 Definición

 

5.2 Requisitos geométricos

 

5.3 Requisitos para el esfuerzo

 

5.3.1 Refuerzo longitudinal

5.3.2 Refuerzo transversal

 

5.4 Longitud de diseño, L

 

5.5 Cambios de sección

 

5.6 Requisitos de diseño

 

5.6.1 Requisitos generales

5.6.2 Requisitos de diseño a flexión

5.6.3 Requisitos de diseño a cortante

5.6.4 Empalmes o traslapo del refuerzo

 

5.7 ejemplo de diseño

 

5.8 Especificaciones de diseño para columnas, NSR – 10

 

CAPÍTULO 6

UNIONES VIGA – COLUMNA

 

6.1 Introducción

 

6.2 Criterios d diseño

 

6.3 Comportamiento esperado de las uniones

 

6.4 Clasificación de los nudos

6.4.1 Según su geometría y su confinamiento

6.4.2 Clasificación del ACI según su comportamiento

6.4.3 Clasificación de la NSR – 10 según su comportamiento

6.5 Análisis de los nudos para estructuras con ductibilidad especial

6.5.1 Nudos interiores

6.5.2 Nudos exteriores

6.5.3 Nudos de esquina

 

6.6 Diseño de uniones viga – columna

 

6.6.1 Secciones críticas

6.6.2 Longitud de desarrollo

6.6.3 Fuerza cortante en los nudos interiores

6.6.4 Resistencia del hormigón a tensiones cortantes

6.6.5 Refuerzo transversal en los nudos

 

6.7 Las uniones en los planos de construcción

 

6.8 Especificaciones de diseño para los nudos

 

6.9 Ejemplo de diseño

 

6.10 Observaciones sobre NSR – 10

 

ANEXO A

 

Teoría general de Columnas

 

7.1 Columnas uniaxiales

7.1.1 Tipos de refuerzo

7.1.2 Tipos de columnas

7.1.3 Columnas rectangulares uniaxiales, simétricas, con refuerzo en dos caras

 

7.2 Columnas biaxiales

7.2.1 Método de la superficie de falta

 

7.3 Ejercicios