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C.1.3: Manual de Diseño de Obras Civiles - Diseño por Sismo CFE-IIE Versión
2015
Book · January 2016
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14 authors, including:
Ulises Mena Hernández
Ismael Arzola
Instituto de Investigaciones Electricas
Instituto de Investigaciones Electricas
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Juan Carlos Corona Fortunio
Jesús Salvador García Carrera
National Institute of Electricity and Clean Energies
Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias
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Comisión Federal de Electricidad
Manual de Diseño de Obras Civiles
Sección C: Estructuras
Tema 1: Criterios Generales de
Análisis y Diseño
Capítulo C.1.3 Diseño por Sismo
RECOMENDACIONES
México | 2015
CAPÍTULO DE DISEÑO POR SISMO MDOC 2015
DIRECTORIO
Dr. Enrique Ochoa Reza
Dr. José Luis Fernández Zayas
Ing. Luis Carlos Hernández Ayala
Dr. José Miguel González Santaló
Act. Guillermo Turrent Schnaas
Dr. Ulises Mena Hernández
Director General
Director de Operación
Director de Modernización
Director Ejecutivo
Director de Sistemas Mecánicos
Encargado de la
Gerencia de Ingeniería Civil
Ing. Benjamín Granados
Domínguez
Director de Proyectos de Inversión
Financiada
Ing. César Fernando Fuentes
Estrada
Subdirector de Proyectos y Construcción
Ing. Gustavo Arvizu Lara
Gerente de Estudios de Ingeniería Civil
Ing. Jesús Enrique Mena Sandoval
Subgerente de Seguridad de Estructuras
© Derechos reservados por: Comisión Federal de Electricidad. Río Ródano núm. 14, Col. Cuauhtémoc, C. P.
06598, México, D. F. Esta edición y sus características son propiedad de la Comisión Federal de Electricidad,
México.
Impreso en México, 2015
2
Copyright 2015
RECOMENDACIONES
PRÓLOGO
Hoy la Comisión Federal de Electricidad atraviesa por un momento histórico. Con la reforma
energética, promulgada por el Presidente Enrique Peña Nieto, la CFE se transformará en una
empresa productiva del Estado. Para estar a la altura de este desafío, la CFE deberá implementar
grandes cambios internos que cumplan un doble objetivo: hacer más eficiente a la Comisión y, al
mismo tiempo, asegurar que cuente con las herramientas y los recursos para modernizarse, a fin de
seguir contribuyendo al desarrollo económico y social del país.
El fortalecimiento de la CFE es fundamental para seguir garantizando el abasto de energía a precios
cada vez más competitivos. Este esfuerzo pasa, sin duda, por la promoción de la inversión pública y
privada para el desarrollo de infraestructura, la generación de incentivos para la innovación y el
desarrollo tecnológico, y la formación de capital humano especializado.
En esta coyuntura de importantes retos para el Sector Eléctrico Nacional, pero también de grandes
oportunidades, se inscribe la presente obra. El Manual de Diseño de Obras Civiles contribuye al
cumplimiento de las ambiciosas metas planteadas por la reforma y por el Programa Nacional de
Infraestructura 2014-2018, que buscan impulsar no solo el desarrollo de más y mejor infraestructura,
sino también la formación de cuadros técnicos altamente capacitados en el diseño y construcción de
estos proyectos.
Así, esta nueva edición del Manual elaborado por la CFE y el Instituto de Investigaciones Eléctricas
provee los lineamientos de diseño de todas las obras de ingeniería civil, y lo hace incorporando los
avances tecnológicos y la experiencia técnica acumulada por la ingeniería mexicana desde 1969, año
en que se editó la primera versión de este capítulo.
Sin duda, esta obra, que conjunta elementos teóricos y prácticos de la ingeniería en los campos de
la Hidrotecnia, Geotecnia y Estructuras, constituye una referencia técnica obligada no solo para
los ingenieros de la CFE, sino para todos aquellos encargados de construir obras de ingeniería civil
en PEMEX y dependencias del sector público federal y local. Al igual que su predecesor, este manual
único en su tipo será de gran ayuda técnica para los ingenieros de toda América Latina.
Quiero destacar que con el Manual de Diseño de Obras Civiles, la CFE refrenda su compromiso con
la formación de nuevos cuadros de ingeniería. En efecto, esta publicación está pensada para ser
consultada y utilizada en las aulas por nuestros estudiantes de ingeniería, no solo en el ramo civil,
sino en diversas disciplinas. Reconozco a quienes participaron en la elaboración de esta importante
obra que, sin duda, habrá de permitir que la CFE avance en su objetivo de consolidarse como una
empresa cada vez más competitiva y eficiente, que genere de manera estable y a menores costos la
energía eléctrica que México requiere para su desarrollo.
DR. ENRIQUE OCHOA REZA
Director General
México, D.F., Julio 2015
3
RECOMENDACIONES
Índice de autores
Institución
IIE
IIE
Elaboración
Dr. Ulises Mena Hernández
Dr. Luis Eduardo Pérez Rocha
Colaboración
Ing. Mitzi Danay Aguilera Escobar
Ing. Norma Alhelí Alarcón Mazari
Ing. Carlos Martín Albavera Ayala
Ing. Ismael Eduardo Arzola Nuño
M.I. Juan Carlos Corona Fortunio
M.I. Jesús Salvador García Carrera
Ing. Gualberto Hernández Juárez
M.I. Nicolás Ageo Melchor García
Dr. Yasser Picazo Gama
M.I. David Porras Navarro González
Ing. Roberto Ramírez Alcántar
M.I. Roberto Alejandro Ruedas Medina
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
IIE
Dr. Mario Gustavo Ordaz Schroeder
II - UNAM
Ing. Jesús Enrique Mena Sandoval
Dr. Ulises Mena Hernández
CFE - GEIC
IIE
Ing. Sixto Fernández Ramírez †
M. I. Oscar J. Luna González
Ing. Jesús Enrique Mena Sandoval
M.C. Edgar Sánchez Álvaro
M. I. Jaime Camargo Hernández
M. I. Amós Francisco Díaz Barriga Casales
Ing. Alfredo Luna González
M. I. Eduardo Martínez Ramírez
M. I. Martin Sánchez Muñoz
Ing. Cuauhtémoc Cordero Macías
Ing. Miguel Navarro Valle
Ing. Guillermina Vázquez de León
CFE - GEIC
CFE - GEIC
CFE - GEIC
CFE - GEIC
CFE - CPH
CFE - CPH
CFE - CPH
CFE - CPT
CFE - CPT
CFE - CPTT
CFE - CPTT
CFE - CPTT
Colaboración Externa
Coordinación
Comité Técnico
5
CAPÍTULO DE DISEÑO POR SISMO MDOC 2015
Índice de revisores
Revisión Externa
IIE
CFE – GEIC
CFE – CPT
CFE – CPH
CFE – CPTT
II - UNAM
UAM
UMSNH
UABC
UPAEP
CENAPRED
UAEMEX
IPN
IMTA
UP
UAGRO
M.I. Leonardo Flores Corona
Dr. Raúl Flores Berrones
Dr. Héctor Sánchez Sánchez
Dr. Fortunato Espinosa Barreras
Dr. David de León Escobedo
Dr. Roberto Arroyo Matus
Dr. Hans Isrrael Archundia Aranda
Dr. Arturo Tena Colunga
Dr. Amador Terán Gilmore
Dr. Tiziano Perea Olvera
Dr. Hugo Hernández Barrios
Dr. Manuel Jara Díaz
Dr. José Manuel Jara Guerrero
Dr. Sergio Manuel Alcocer Martínez de Castro
Dr. Gabriel Auvinet Guichard
Dr. Luis Esteva Maraboto
Dr. Roberto Meli Piralla
Dra. Sonia Elda Ruíz Gómez
M.I. Salvador Ismael Gómez Chávez
Dr. Hugo Oswaldo Ferrer Toledo
CENAPRED
IMTA
IPN
UABC
UAEMEX
UAGRO
UAM
UAM
UAM
UAM
UMSNH
UMSNH
UMSNH
UNAM - II
UNAM - II
UNAM - II
UNAM - II
UNAM - II
UP
UPAEP
Instituto de Investigaciones Eléctricas.
CFE – Gerencia de Estudios de Ingeniería Civil
CFE – Coordinación de Proyectos Termoeléctricos
CFE – Coordinación de Proyectos Hidroeléctricos
CFE – Coordinación de Proyectos de Transmisión y Transformación
Instituto de Ingeniería – Universidad Nacional Autónoma de México
Universidad Autónoma Metropolitana
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Universidad Autónoma de Baja California
Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla
Centro Nacional de Prevención de Desastres
Universidad Autónoma del Estado de México
Instituto Politécnico Nacional
Instituto Mexicano de Tecnología del Agua
Universidad Panamericana
Universidad Autónoma de Guerrero
Agradecimientos
Durante las reuniones del desarrollo de esta obra se contó con la participación de personal de Petróleos
Mexicanos (PEMEX), ingenieros Mario Macías Hernández, Juan Carlos Martínez Rojas, Víctor Rene Mireles
Gómez y Héctor Moreno Alfaro, de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica (SMIS), Sociedad Mexicana de
Ingeniería Geotécnica (SMIG), Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural (SMIE) y la valiosa aportación de
ingenieros de la práctica.
6
RECOMENDACIONES
PREFACIO
CAPÍTULO DE DISEÑO POR SISMO, EDICIÓN 2015
Desde que salió la primera versión del Capítulo de Diseño por Sismo del Manual de Diseño de Obras
Civiles de la Comisión Federal de Electricidad (CDS-MDOC CFE), ha sido el único documento que ha
proporcionado los criterios para el cálculo de las fuerzas sísmicas en la República Mexicana. Por más
de cuatro décadas ha sido un referente para el diseño sísmico de las estructuras, no solo para la CFE
y PEMEX, sino para las empresas de ingeniería dedicadas al diseño de estructuras en general, por lo
que ha servido de base para la elaboración de normas de diseño municipal y estatal en México, y
otros países.
El CDS-MDOC CFE fue editado por primera vez en 1969, con actualizaciones en 1981, 1993 y 2008
que han incluido los avances tecnológicos y científicos en las áreas de ingeniería estructural,
ingeniería sísmica, sismología y geotecnia, las aportaciones de los investigadores mexicanos más
reconocidos en estas áreas y sobre todo, se ha enriquecido con las opiniones de los ingenieros de la
práctica.
La versión de 1993 del CDS-MDOC CFE, además de proporcionar las recomendaciones para la
obtención de los espectros de diseño sísmico (basados en una regionalización sísmica) y los
procedimientos para el cálculo de las fuerzas sísmicas para estructuras tipo Edificios, extendió su
aplicación a estructuras tipo Péndulos Invertidos y Apéndices, Muros de Retención, Chimeneas,
Tanques, Estructuras Industriales, Puentes, Tuberías y Presas, incluyendo una gran aportación al
diseño sísmico de estructuras con el concepto de interacción suelo-estructura. Esto convirtió a la
versión del CDS-MDOC CFE de 1993, en una de las recomendaciones más completas del mundo.
En la actualización de los criterios de diseño sísmico del CDS-MDOC CFE plasmados en la versión
de 2008, se propuso eliminar la regionalización sísmica y manejar un peligro sísmico continuo
(contenido en el programa PRODISIS), basado en un enfoque probabilista siguiendo criterios de
diseño óptimo. En cuanto a la forma del espectro de diseño podía resultar de tres o cuatro ramas
dependiendo del periodo del terreno. Por otra parte, se transparentaron los espectros de diseño,
eliminando factores asociados a las estructuras como son la sobrerresistencia y la ductilidad. El
primero implícito en los espectros de diseño y el segundo definido solo para estructuras tipo Edificios.
Además, en la versión 2008 se revisaron y actualizaron cada uno de los sistemas estructurales
contemplados en la versión anterior, y se incluyeron criterios de diseño sísmico para nuevos sistemas
estructurales entre los que se encuentran: Presas de tierra y enrocamiento, Túneles, Torres de
telecomunicaciones, y Aislamiento sísmico y disipación de energía. Esto supuso un gran reto, por las
implicaciones que se presentaron para definir dichos factores, pero por otra parte, aclaró
conceptualmente el uso de los espectros de diseño transparentes.
Los grandes beneficios logrados con la versión 2008 se vieron limitados en su aplicación en
estructuras pequeñas, ya que para la construcción de los espectros de diseño se requería contar con
propiedades dinámicas del terreno obtenidas únicamente con pruebas geotécnicas especializadas.
Esto supone un incremento considerable en el costo de diseño, lo que difícilmente puede ser asumido
para este tipo de estructuras.
Para solventar este inconveniente y para aclarar algunos puntos críticos identificados de la versión
2008, se tomó la decisión de revisarla nuevamente concentrando los esfuerzos en los temas de
peligro sísmico, importancia estructural, factores que modifican los espectros de diseño transparentes
(sobrerresistencia y ductilidad), particularmente para las estructuras industriales, además de incluir
los criterios de diseño sísmico para aerogeneradores y lumbreras.
DR. ULISES MENA HERNÁNDEZ
ING. JESÚS ENRIQUE MENA SANDOVAL
Encargado de la Gerencia de Ingeniería Civil – IIE
Subgerente de Seguridad de Estructuras – GEIC CFE
7
RECOMENDACIONES
ÍNDICE GENERAL
i
OBJETIVO ................................................................................................................ 10
ii
ALCANCE ................................................................................................................. 10
iii
LIMITACIONES ........................................................................................................ 10
SECCIÓN 3.1 ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO PARA EL TERRITORIO MEXICANO¡Error! Marcador no de
SECCIÓN 3.2 CARACTERIZACIÓN DE LA RESPUESTA ESTRUCTURAL¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.3 ESTRUCTURAS TIPO 1: EDIFICIOS .......................... ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.4 ESTRUCTURAS TIPO 2: ESTRUCTURAS INDUSTRIALES¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.5 ESTRUCTURAS TIPO 3: PÉNDULOS INVERTIDOS Y APÉNDICES¡Error! Marcador no definido
SECCIÓN 3.6 ESTRUCTURAS TIPO 4: MUROS DE RETENCIÓN ... ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.7 ESTRUCTURAS TIPO 5: CHIMENEAS, SILOS Y SIMILARES¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.8 ESTRUCTURAS TIPO 6: TANQUES, DEPÓSITOS Y SIMILARES¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.9 ESTRUCTURAS TIPO 7: PUENTES ........................... ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.10 ESTRUCTURAS TIPO 8: TUBERÍAS .......................... ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.11 ESTRUCTURAS TIPO 9: PRESAS.............................. ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.12 ESTRUCTURAS TIPO 10: AISLAMIENTO SÍSMICO Y DISIPACIÓN DE
ENERGÍA .................................................................. ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.13 ESTRUCTURAS TIPO 11: TORRES DE TELECOMUNICACIÓN¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.14 ESTRUCTURAS TIPO 12: TÚNELES Y LUMBRERAS ¡Error! Marcador no definido.
SECCIÓN 3.15 ESTRUCTURAS TIPO 13: AEROGENERADORES .... ¡Error! Marcador no definido.
9
CAPÍTULO DE DISEÑO POR SISMO MDOC 2015
i
OBJETIVO
Las Recomendaciones del Capítulo de Diseño por Sismo tienen por objetivo:
1. Reducir la pérdida de vidas humanas y afectación a la población por la ocurrencia de
sismos severos, así como evitar las interrupciones de los procesos de operación de las
instalaciones del sector energético e industrial.
2. Establecer los niveles de intensidad sísmica y seguridad estructural para la República
Mexicana.
3. Fijar los requisitos mínimos para el diseño sísmico de estructuras y obras civiles para
que sean capaces de resistir:
a. Sismos de poca intensidad sin daño,
b. Sismos moderados sin daño estructural, pero posiblemente con algún daño a
los elementos no estructurales y
c. Un sismo fuerte con daños a elementos estructurales y no estructurales, sin
llegar al colapso.
ii
ALCANCE
1. Las presentes Recomendaciones son de uso obligatorio para las estructuras del sector
energético y/o aquellas que tienen relación con él.
2. Son de aplicación nacional. En aquellos municipios y/o estados que cuenten con
normas de diseño sísmico, para las estructuras del sector energético, se deberá tomar
el espectro de diseño transparente más desfavorable entre los obtenidos a partir de
estas Recomendaciones y de la norma o reglamento local. Los factores que modifican
al espectro de diseño se deberán tomar de esta Recomendaciones.
iii
LIMITACIONES
1. Estas Recomendaciones no son de aplicación para el diseño sísmico de estructuras
costa afuera.
2. Para sistemas estructurales no incluidos en este capítulo deberá construirse un
espectro específico de sitio conforme a estas Recomendaciones. Los factores de
reducción por sobrerresistencia y ductilidad, así como la fracción de amortiguamiento
estructural, deberán obtenerse con pruebas experimentales avaladas por las
autoridades responsables de los permisos de construcción
3. Los factores y combinaciones de carga deberán tomarse del Capítulo C.1.2
ACCIONES, en la sección COMBINACIONES DE ACCIONES PARA DISEÑO Y
FACTORES DE CARGA.
10
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(TRES MIL PESOS 00/100 M.N.)
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1631 SISMO
1631
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