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Freddy J. Lanza S., Scarlet H. Puentes M., Fernando VillalobosEstudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana actual con cdigos ssmicos de otros pases
Revista INGENIERA UC, vol. 10, nm. 3, diciembre, 2003, pp. 59-66,
Universidad de Carabobo
Venezuela
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1. INTRODUCCIN
Venezuela pertenece a los pases que conformanel cinturn de fuego, el cual se caracteriza por ser una
de las zonas ms ssmicas del planeta, debido a que
en la zona que bordea el ocano Pacfico, aproximada-
mente se libera un 85 % del total de la energa produ-
cida por los movimientos telricos o terremotos en el
mundo. En la segunda mitad del siglo XX, con el cre-
cimiento de la poblacin existente en Venezuela, se
empezaron a erigir las primeras edificaciones y se em-
piezan a registrar los primeros eventos ssmicos que
trajeron consecuencias desfavorables, entre los que s
destaca el de Caracas, el 28 de julio de 1967. Tomando en cuenta estos sucesos, se desarrollaron diverso
estudios que permitieron la realizacin de normas o
cdigos para el diseo de edificaciones.
Los cdigos ssmicos consideran los criterios d
anlisis y diseo de las edificaciones situadas en zona
donde puedan ocurrir movimientos telricos. Sin
embargo debido a que la naturaleza de los sismos y
el comportamiento estructural ante estos es complejo
REVISTA INGENIERA UC. Vol. 10, No 3, 59-66, 200
Estudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana actual concdigos ssmicos de otros pases
Freddy J. Lanza S., Scarlet H. Puentes M., Fernando Villalobos
Departamento de Estructuras, Escuela de Ingeniera Civil. Universidad de Carabobo. Valencia, Venezuela.
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
Resumen
Este trabajo presenta el anlisis de los parmetros ms relevantes de diseo ssmico de la norma
venezolana, en comparacin con los cdigos ssmicos de los Estados Unidos, Mxico, Japn y Chile. En la
estimacin de las acciones ssmicas se obtuvo que el corte basal calculado a travs del cdigo Japons result
mayor en un 72 %, respecto al calculado segn la norma venezolana, el obtenido por el cdigo estadounidense
UBC un 40 % menor, por el cdigo de Mxico un 20 % menor y por el cdigo de Chile un 50 % menor, lo cua
indica que despus del Japn, los clculos segn la norma venezolana resultan mayores en la magnitud del cortebasal. Lo que implica mayores costos a nivel constructivo. Sin embargo, el diseo es ms confiable, lo cual hac
que las estructuras sean menos vulnerables ante las acciones ssmicas.
Palabras Clave: Norma sismorresistente venezolana, parmetros ssmicos de diseo, cdigos ssmicoscorte basal.
Comparative study of the present Venezuelan seismic codewith seismic codes of other countries
Abstract
This work presents the analysis of the most outstanding parameters in seismic design of the Venezuelannorm, in comparison to the seismic codes of the United States, Mexico, Japan and Chile. In the estimate of the
seismic actions it was obtained that the basal cut calculated through the Japanese code was bigger in 72 %
regarding the one calculated according to the Venezuelan norm, the one obtained by the UBC 40 % smaller, fo
the code of Mexico 20 % smaller and for the code of Chile 50 % smaller, which indicates after the Japan, th
calculations according to the Venezuelan norm are bigger in the magnitude of the basal cut. This implies bigger
costs at constructive level, however the design is more reliable, which makes that the structures are less vulnerabl
before the seismic actions.
Keywords: Venezuelan seismic code, seismic design parameter, seismic codes, lateral seismic shear.
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adems de originar grandes prdidas materiales y
humanas, es conveniente tomar la iniciativa de seguir
realizando investigaciones con la finalidad de dismi-
nuir la vulnerabilidad estructural ante la accin de lossismos.
El presente trabajo pretende evaluar el nivel de
exigencia de la norma sismorresistente COVENIN
MINDUR 1756-88 (Rev.-2001), realizando un estu-
dio comparativo respecto a las normas de Chile,
Japn, Mxico y Estados Unidos ya que estos pases
estn ubicados en zonas de alto ndice de sismicidad,
debido a que se encuentran dentro de la zona conoci-
da como el cinturn de fuego del ocano pacfico.
2. MARCO TERICO
2.1 Cinturn de fuego del pacfico
Los tres principales cinturones ssmicos del
mundo son: el cinturn circunpacfico, el cinturn
transasitico (Himalaya, Irn, Turqua, Mar Medite-
rrneo, Sur de Espaa) y el cinturn situado en el cen-
tro del ocano atlntico, los cuales son mostrados en
la Figura 1.
La principal zona de riesgo ssmico es el llama-
do "Cinturn de fuego del pacfico conocido como
geosinclinal circumpacfica, el cual debe su nombre
al enorme anillo de actividad volcnica que se extien-de alrededor del ocano Pacfico. Casi todos los vol-
canes hacen erupcin en zonas costeras o bajo el mar,
creando cadenas de montaas bajo del agua, siendo
una de las zonas ms ssmicas del planeta ya que
aproximadamente en la zona que bordea el ocano
pacfico se libera un 85 % del total de la energa pro-
ducida por los movimientos telricos o terremotos en
el mundo [1]. El cinturn de fuego del pacfico se
extiende desde el litoral pacfico en Amrica del Sur,
asciende hacia el norte bordeando la costa pacfica de
Norte Amrica y desciende a lo largo del litoral
Asitico.
2.2 Mapa de riesgo ssmico global
A nivel mundial existen organizaciones que
han realizado estudios de riesgo ssmico, entre las
cuales se destaca la ONU ya que a travs de numero-
sos estudios efectuados por cientficos se desarroll
un mapa de riesgo ssmico global [2], el cual se mues-
tra en la Figura 2. Este mapa se basa en la amenaza
ssmica que representa los peligros para la poblacin
Figura 1. Situacin de los principales cinturones ssmicos y volcanes.
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Estudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana
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producidos por terremotos. La amenaza ssmica es un
trmino tcnico que caracteriza numricamente la pro-
babilidad estadstica de la ocurrencia (o excedencia)
de cierta intensidad ssmica (o aceleracin del suelo)
en un determinado sitio [3], durante un perodo de
tiempo. El mapa muestra la aceleracin pico del suelo
(PGA) que se puede esperar en un determinado lugardurante los prximos 50 aos con 10 % de probabili-
dad de excedencia, que corresponde a un periodo de
retorno de 475 aos.
2.3 Respuesta espectral
La respuesta espectral se utiliza para el estudio
de la dinmica de estructuras, en el rea de ingeniera
ssmica. La respuesta espectral es el valor mximo de
respuesta (mximo desplazamiento, velocidad, acele-
racin o cualquier cantidad de inters) obtenido para
una funcin de carga especificada. Las curvas espec-
trales son representaciones grficas donde la abcisa es
la frecuencia natural (periodo) del sistema, y la orde-
nada es la respuesta mxima [4]. En el anlisis din-
mico solo se requiere conocer el espectro o curvas
espectrales para condiciones de carga conocida y el
periodo de vibracin del sistema, con lo cual se puede
obtener la respuesta mxima de dicho sistema.
Una variable que afecta la respuesta estructural
es el amortiguamiento viscoso [5], esta caracterstica
generalmente se expresa como fraccin del amorti-
guamiento crtico (), el tipo de amortiguamiento con-
siderado toma en cuenta las fuentes de disipacin de
energa como fricciones internas, fricciones en los
apoyos y en elementos no estructurales, etc. A medidaque una estructura posea caractersticas de ductilidad
que permitan disipar mas energa la fraccin de amor-
tiguamiento critico ser mayor y en consecuencia la
respuesta espectral ser menor.
3. METODOLOGA DEL TRABAJO
Esta investigacin se realiz siguiendo los si-
guientes pasos:
Con base a la situacin de los principales cinturo-
nes ssmicos, se realiz la seleccin de cuatro
pases que integran un mismo cinturn para el
estudio comparativo, se eligi el cinturn de fuego
del Ocano Pacfico ya que Venezuela es uno de
los pases que lo conforma, de esta manera se
eligieron los siguientes pases: Chile, Mxico,
Estados Unidos y Japn.
Figura 2. Mapa de riesgo ssmico global.
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Se definen e identifican las variables para realizar
una comparacin cuantitativa y cualitativa utilizan-
do la informacin recopilada de los cdigos en
estudio.
Para realizar la comparacin de tipo cualitativa se
compar cada cdigo con el cdigo venezolano,
identificando los parmetros comunes o los efectos
que consideran los dems cdigos a travs de pro-
cedimientos que permitan realizar el diseo. Los
parmetros son los siguientes: Filosofa del clcu-
lo, zonificacin ssmica, forma espectral, clasifica-
cin de las edificaciones segn su importancia,
clasificacin de la estructura segn el sistema es-
tructural, factor de reduccin de respuesta, clasifi-
cacin de las edificaciones segn la regularidad
estructural, obtencin de la respuesta ssmica
(espectro de diseo), mtodos de anlisis ssmico,
perodo de retorno y probabilidad de excedencia,
coeficiente ssmico mximo y mnimo, coeficiente
de amortiguamiento, combinacin de efectos y por
ultimo el nivel de diseo.
En base a lo que considera cada cdigo, la compa-
racin de tipo cuantitativa se hizo tomando
en cuenta los siguientes parmetros: la respuesta
espectral ya que permite evaluar el nivel de energa
a la que se somete la estructura, el factor de reduc-
cin de respuesta ya que este parmetro representa
la capacidad de disipar energa inelsticamenteque posee la estructura, y por ultimo el corte basal
ya que es el resultado final de las acciones ssmicas
con el cual se proceder ha realizar el diseo [6].
Se seleccion una estructura ya calculada [7] por la
norma venezolana COVENIN MINDUR 1756-98
(REV.-2001), destinada para uso educativo, ubica-
da en una zona ssmica 5 (peligro ssmico eleva-
do), y de una altura de 24 m (8 niveles de 3 m de
altura cada uno) incluyendo techo de sala de m-
quinas, el sistema estructural est constituido por
prticos de concreto armado, la planta tipo se
muestra en la Figura 3.
La ubicacin de la edificacin en los dems pases
est determinado por las condiciones de suelo y
sismicidad de cada regin. Para mantener la
uniformidad de condiciones en la comparacin, la
estructura se ubic en cada pas de acuerdo a lo
siguiente:
1. En una zona con un perfil geotcnico del terreno
de fundacin en donde se presente suelos muy
Figura 3. Geometra de la plantatipo.
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duros o densos, roca blanda o meteorizada.
2. En una zona con actividad ssmica medianamente
alta en funcin al rango de peligrosidad ssmica
mundial, segn lo especifica el mapa global depeligrosidad ssmica, mostrado en la Figura 2.
4. ANLISIS DE RESULTADOS
4.1 Espectros de respuesta
En el grfico mostrado en la Figura 4 se mues-
tran los espectros de respuesta elsticos sin reducir,
segn lo especificado por cada cdigo para la misma
estructura y condiciones de suelo. La curva correspon-
diente al cdigo de Chile [8] no est suavizada como
las dems, corresponde a la frmula que se aplica en
el anlisis dinmico y es la que muestra mayor
respuesta para perodos entre 0,19 y 0,50 segundos.
Figura 4. Espectros de respuesta elstica
Para perodos menores que 0,16 y mayores que
0,78 segundos, es decir, Venezuela al igual que Japn
son los pases ms exigentes (siendo Venezuela me-
nor que Japn), en lo que se refiere a la respuesta del
espectro y para perodos entre 0,67 y 0,78. Venezuela
es el ms exigente de todos. Cabe destacar que para
menores perodos ya sea que pertenezcan a la rama
constante o decreciente del espectro, se obtendrn
resultados ms conservadores de respuesta.
En la Tabla 1 se muestran los valores de pero-
dos obtenidos en los mtodos de anlisis exigidos por
cada cdigo, en donde se puede observar que el resul-
tado ms conservador es el de Japn, mantenindose
en la parte constante de su espectro.
Tabla 1. Perodos de vibracin obtenidos segn los distintoscdigos para la edificacin en estudio.
4.2 Factor de reduccin de respuesta
Para efectos de clculo se asign para la misma
estructura un factor de reduccin de respuesta segn
lo establecido por cada norma, con la finalidad de
reducir las fuerzas elsticas de diseo ssmico [9], en
general se observ que este efecto es considerado por
los materiales, detalles constructivos y el sistema es-
tructural, permitindole a la estructura incursionar en
el rango inelstico y disipar la energa impartida por
un temblor fuerte mediante histresis. En la Figura 5
se muestra un grfico en el cual se aprecia el valor de
los factores que reducen la fuerza ssmica de cada c-
digo en estudio, bien sea disminuyendo el valor de la
ordenada del espectro, disminuyendo el valor del cor-
te basal, o el valor de las fuerzas ssmicas por nivel.
Figura 5. Espectros de respuesta elstica
Espectros de Diseo
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
Perodo T (seg)
A/g
VENEZUELA
UBC
CHILE
JAPN
MXICO
CDIGO T (seg.) A ( no reducida )VENEZUELA 0,686 0,913
UBC 1997 0,717 0,628MXICO 0,983 0,480CHILE 1,157 0,570JAPN 0,450 0,997
3.33
6.00
8.50
2.00
10.55
0.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
F
FACTOR
FACTORES DE REDUCCIN DE RESPUESTA
JAPN
VENEZUELA
ESTADOSUNIDOS
CHILE
MXICO
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Se observa que el valor del factor de reduccin
que establece el cdigo chileno es el mayor de todos
(10,55), esto se debe a que se aplic un anlisis din-
mico. El cdigo de los Estados Unidos [10] se reducela fuerza con un valor de 8,5 que es 42 % mayor a
Venezuela. De otra forma Japn [11] y Mxico [12]
son ms conservadores en este aspecto, reduciendo la
fuerza un 67 % y un 44 % respectivamente menor que
Venezuela. En la Tabla 2 se muestra la relacin entre
factores de reduccin de respuesta respecto a
Venezuela, se aprecia que para Chile el factor es ma-
yor que el de Venezuela en 76 %, mientras que para el
UBC es 42 % mayor.
Tabla 2 relacin entre factores dereduccin de respuesta respecto a Venezuela.
Es importante sealar que la estimacin de las
acciones ssmicas en el cdigo japons se realiza por
nivel, facilitando la interpretacin del criterio de
energa disipada inelsticamente, en el caso de pre-
sentarse alguna caracterstica diferente en un entrepi-
so, solo se aplicara a ese nivel el factor de reduccinque le corresponda sin tener que afectar a los dems
elementos, para efectos de este estudio el factor se
mantiene constante ya que todos los elementos poseen
caractersticas similares.
4.3 Corte basal
En la Figura 6 se muestra un grfico comparati-
vo el cual relaciona los cortes basales generados por
cada cdigo respecto al de Venezuela, siendo este la
unidad patrn (1). Se observa que el corte basal mayor
es el japons y es 72 % veces mayor que el deVenezuela en las dos direcciones de estudio. Los
dems cortes basales son menores que el de Venezue-
la, UBC es 40 % menor en ambas direcciones de estu-
dio, Mxico es 18 % menor en direccin X y 20 %
menor en direccin Y, por ltimo Chile en promedio
es 50 % menor en la direccin X y 51 % menor en
direccin Y.
Se puede observar que el cdigo venezolano
gener el corte basal ms alto despus de Japn, este
Figura 6. Grfico comparativo de corte basal.
ltimo fue el mas alto debido al factor Z, del cual de-
penden las cortes generados por nivel, este coeficiente
se expresa como fraccin de la gravedad y se tom
igual a 0,8, que corresponde a una zona de peligrosi-
dad ssmica mediana a alta segn el mapa de riesgo
ssmico global mostrado en la Figura 2. Por otro lado
el menor corte basal generado fu el de Chile y se de-
be principalmente a que por normativa del cdigo se
aplic un mtodo de anlisis dinmico, el cual es ms
exacto y aproxima ms a la realidad los valores espe-
rados de fuerzas ssmicas.
4.4. Fuerzas ssmicas generadas por nivel
En las Figuras 7 y 8 se observa grficos que
relacionan la fuerza ssmica generada por cada cdigo
por nivel respecto a la generada por el cdigo venezo-
lano en la direccin X y en direccin Y, tomando en
cuenta el criterio anterior Venezuela es la unidad pa-
trn (1), UBC y Chile en promedio son menores en
50 % por nivel y Mxico en promedio es 30 % menor.
Como se observa, la mayor fuerza ssmica encada nivel es generada por el cdigo japons, con ex-
cepcin del nivel 5, esto ocurre debido a que en el
procedimiento de clculo, se afectan las condiciones y
las fuerzas a partir del nivel 5, por la falta de rigidez
que se presenta en las columnas superiores, el cdigo
japons toma en cuenta este efecto aumentando el
corte por nivel slo de los pisos que no cumplen con
las condiciones establecidas, incorporando al mtodo
procedimientos considerando los modos superiores de
vibracin.
PAIS FVENEZUELA 1,00
UBC 1997 1,42MXICO 0,33CHILE 1,76JAPN 0,56
1.724
1.000
0.606
0.819
0.497
1.724
1.000
0.606
0.799
0.486
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
RELACION
DE
CORTE
BASALRESPECTOA
VENE
ZUELA
Fx Fy
DIRECCION DE ANLISIS PARA EL CORTE
COMPARACIN DE CORTES BASALES
JAPN
JAPN
VENEZUELA
VENEZUELA
UBC1997
UBC1997
MXICO
MXICO
CHILE
CHILE
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Estudio comparativo de la norma sismorresistente venezolana
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Figura 7. Relacin de la fuerza ssmica por nivel respecto ala generada por el cdigo venezolano.
Figura 8. Relacin de la fuerza ssmica por nivel respecto ala generada por el cdigo venezolano.
5. CONCLUSIONES
1. El cdigo Venezolano es uno de los que considera
la mayor porcin de sobrecarga de uso, establecien-
do como mnimo 50 % para edificaciones del grupo
A, tales como las destinadas para uso educacional
2. De acuerdo al grfico comparativo de los espectros
de diseo (Figura 8), se observa que para perodos
entre de 0,67 y 0,78 s, la respuesta obtenida por la
norma venezolana se presenta con los mayores va-
lores de ordenadas espectrales.
3. En la comparacin de los mtodos de anlisis estti-
cos, se presenta para todos los cdigos ssmicos en
estudio a excepcin de Japn, un mismo esquema
de estimacin de las acciones ssmicas consideran-
do la estructura como una unidad (corte basal, esti-
macin de perodos, distribucin de fuerzas).
4. La norma ssmica de Japn presenta una serie deparmetros asignados de acuerdo a las caractersti-
cas del proyecto, y trabaja con un diagrama defini-
do como ruta de diseo, que gua el clculo de las
acciones ssmicas correspondientes, de acuerdo a
los estudios que se vayan describiendo. Es impor-
tante sealar que la estimacin de las acciones ss-
micas en este cdigo se realiza por nivel, facilitando
la interpretacin del criterio de energa disipada
inelsticamente. En el caso de presentarse alguna
caracterstica diferente en un entrepiso, solo se apli-
cara a ese nivel el factor de reduccin que le
corresponda sin tener que afectar a los dems
elementos.5. La norma Chilena result ser la ms exigente en
cuanto a la escogencia de mtodos de anlisis a em-
plear, ms no en valores de diseo, ya que emple
un mtodo de anlisis dinmico, lo que hace al
resultado mas preciso.
6. El cdigo de Japn limita la dispersin de la rigidez
lateral de un nivel respecto al promedio de los valo-
res de rigidez lateral en todos los niveles de la edifi-
cacin, incrementando los valores de corte slo en
aquellos niveles que no cumplan con las condicio-
nes establecidas.
7. La norma Chilena result ser la ms estricta encuanto a la escogencia de mtodos de anlisis a em-
plear, es decir es ms exigente en trminos de cl-
culo, ms no en valores de diseo, ya que emple
un mtodo de anlisis dinmico, lo que hace al
resultado mas preciso.
8. En cuanto a los factores de reduccin de respuesta
el cdigo estadounidense (UBC) y el cdigo Chile-
no reducen mas la respuesta en 42 % y un 76 %
respectivamente que el cdigo Venezolano, es decir
consideran a la estructura en estudio con mayor ca-
pacidad de disipar energa inelsticamente, en lo
que respecta a Japn y Mxico son mas conservado-
res ya que reducen menos la respuesta en 44 % y67 % respectivamente que el cdigo Venezolano.
9. En lo que se refiere a los valores de corte basal
obtenidos respecto al cdigo venezolano, por cdi-
go Japons es 72 % mayor, el obtenido por el UBC
es 40 % menor, el obtenido por el cdigo de Mxi-
co es 20 % menor y por el cdigo de Chile es 50 %
menor. Como se puede observar despus de Japn,
Venezuela tiene la mayor magnitud. Esto se debe a
que el cdigo japons, se presenta mayor exigencia
RELACIN DE FUERZA SSMICA POR NIVEL EN DIRECCIN X
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
TECHO
6
5
4
3
2
1
NIVEL
RELACION
JAPN
VENEZUELA
UBC 1997
MEXICO
CHILE
RELACION DE FUERZA SSMICA POR NIVEL EN DIRECCION Y
0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000
TECHO
6
5
4
3
2
1
NIVEL
RELACIN
JAPN
VENEZUELA
UBC 1997
MXICO
CHILE
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9/9
a nivel constructivo, en lo que se refiere al aspecto
de la distribucin de rigideces a lo largo de la
estructura adems que para el clculo de esta
accin la estructura se ubica en una zona conmayor magnitud de aceleracin horizontal. Si se
observa los resultados obtenidos, se concluye que
las acciones ssmicas de acuerdo al cdigo Venezo-
lano son mayores con excepcin del cdigo Japo-
ns, lo que implica mayores costos a nivel cons-
tructivo. Sin embargo proporciona buena confiabi-
lidad de la integridad estructural, de esta forma
contribuye a que las estructuras sean menos vulne-
rables ante las acciones producidas por los sismos.
6. RECOMENDACIONES
1. Para modificaciones posteriores de la norma sismo-
rresistente Venezolana, se recomienda la incorpora-
cin de un diagrama de flujo similar a las rutas de
diseo definidas en el cdigo japons, en el cual se
establezcan las rutas de clculo a seguir para deter-
minar las acciones ssmicas de forma ms eficiente
y que rija la evaluacin de los parmetros de clcu-
lo en funcin de los requerimientos que este consi-
dere.
2. Del mismo modo se recomienda la realizacin de
un anlisis comparativo de diseo sismorresistente,con el cual se puede cuantificar los costos de cada
diseo.
REFERENCIAS
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