ATC-19 (Traducción 1)
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ATC-19 “FACTOR DE MODIFICACIÓN DE RESPUESTA”
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
El diseño sísmico de edificios en los Estados Unidos se basa en la
dosificación de los miembros del sistema de elaboración de las acciones
sísmicas determina a partir de un análisis lineal prescrito utilizando fuerzas
laterales. Los valores de fuerza lateral se prescriben en cualquiera de los
permitidos (de trabajo) el estrés o el nivel de fuerza. El Código Uniforme de
Construcción (ICBO, 1991) establece en el nivel de las fuerzas de tensión
admisible y las Disposiciones NEHRP recomendada para el desarrollo de
la normativa sísmica para nuevos edificios, en adelante denotados como
las disposiciones NEHRP (BSSC, 1991) prescribe fuerzas en el nivel de
fuerza. Los valores de la fuerza sísmica utilizados en el diseño de los
edificios se calculan dividiendo las fuerzas que se asocian con la respuesta
elástica de un factor de modificación de respuesta, a menudo simbolizado
por R.
Los factores de modificación de respuesta se propusieron por primera vez
por el Consejo de Tecnología Aplicada (ATC) en el informe del ATC-3-06
publicado en 1978. Las Disposiciones NEHRP, se publicaron por primera
vez en 1985, se basan en las disposiciones de diseño sísmico establecidas
en ATC-3-06. Factores similares, modificado para reflejar el enfoque de
diseño permisible de estrés, se aprobaron en el Código Uniforme de
Construcción (UBC), una década más tarde, en 1988.
El concepto de un factor de modificación de respuesta fue propuesto
basado en la premisa bien detallado, que los sistemas de elaboración de
sísmica podría sostener grandes deformaciones inelástica sin colapso
(comportamiento dúctil) y desarrollar las fuerzas laterales por encima de
su resistencia de diseño (a menudo denominado fuerza de reserva). El
factor R se supone que representan la relación de las fuerzas que se
desarrollan en el marco del movimiento del suelo se especifica si el sistema
de elaboración se comportara totalmente elástica (denominado en losucesivo como el diseño elástico) a las fuerzas de diseño prescrita en el
ALUMNOS: CUTTI PINEDA, CESAR
ESCOBAR CARHUANCHO ERBIN
FLORES ROMERO, RAUL
OSORIO TACZA MIGUEL
ROCA TORRES, MIKER
SANTOS YAURICAZA, LUIS
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nivel de fuerza (que se supone igual a la nivel de rendimiento
significativas).
En la UBC, de gravedad (muerto, vivo, y la nieve) y ambientales (viento,
sísmicos), las cargas se establecen en el nivel de servicio. Hasta la reciente
llegada del factor de diseño de carga y de resistencia (LRFD), resistencia
a la rotura de un enfoque que apenas está comenzando a ser utilizados en
la práctica, el sistema de armazón de acero han sido típicamente
diseñadas para trabajar en las acciones a escala utilizando tensiones
admisibles. Sistemas de estructura de hormigón armado están diseñados
para acciones de resistencia al nivel de rotura, que se calculan
multiplicando el servicio de medidas a nivel de factores de carga. Lasfuerzas sísmicas prescritas se calculan en la UBC, dividiendo las fuerzas
elásticas espectral en un factor de modificación de respuesta (RW): los
valores de RW el rango entre 4 y 12.
En las disposiciones NEHRP, las cargas se establecen en el nivel de
fuerza. En la práctica, el sistema de armazón de acero está diseñado para
acciones a nivel final mediante el uso de valores de esfuerzo permisible
multiplicado por 1,7; para las acciones finales se debe reforzar los sistemasde elaboración de hormigón que se diseñan a nivel de fuerza. Las fuerzas
sísmicas prescritas se calculan en las Disposiciones NEHRP dividiendo las
fuerzas elásticas espectrales en un factor de modificación de respuesta, R.
Los valores de R rango entre 1,25 y 8. La relación entre los factores de
respuesta en la modificación de las Disposiciones NEHRP (R) y la UBC
(RW) se presenta más adelante en este informe.
Al utilizar los factores de modificación de respuesta mucho mayor que uno,el diseñador debe hacer un supuesto importante, es decir, que las
herramientas de análisis lineal pueden utilizarse para obtener estimaciones
razonables de cantidades de respuesta no lineal. Esta hipótesis ha sido
recientemente cuestionado y se discute en detalle en el ATC-34 (ATC,
1995).
El uso de factores de modificación de gran respuesta subyace una
segunda suposición común de diseño sísmico, es decir, que la respuesta
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no lineal es significativa y por lo tanto, se espera un daño importante si se
produce el terremoto de diseño. Esta hipótesis es, por supuesto, un
resultado directo del uso de las fuerzas de diseño que son
significativamente menores que las fuerzas elásticas espectral. Las
consecuencias de esta hipótesis se consideran en detalle en este informe.
Los factores de R para la elaboración de diversos sistemas incluidos en el
informe del ATC-3-06 fueron seleccionadas a través del consenso del
comité sobre la base de (a) lo observado en general de edificios como en
los terremotos anteriores, (b) las estimaciones de la dureza del sistema
general, y (c) las estimaciones de la cantidad de amortiguamiento presente
durante la respuesta inelástica. Así pues, hay poca base técnica para losvalores de R que se propone en ATC-3-06. El comentario del ATC-3-06
señala que "... los valores de R deben ser escogidos y utilizados con juicio"
y que "... los valores más bajos se debe utilizar para estructuras que
poseen un bajo grado de redundancia, donde en todas las articulaciones
plásticas necesarias para la formación de un mecanismo puede ser
formado esencialmente de forma simultánea y en un nivel próximo a la
fuerza la resistencia de diseño especificada. "Para subrayar aún más las
incertidumbres asociadas con los valores asignados a R para los diferentessistemas de elaboración de sísmica, una nota al pie de la tabla con los
coeficientes de modificación de respuestas de los Estados "Estos (los
valores de R) se basan en el mejor juicio y los datos disponibles en el
momento de la escritura y la necesidad de revisarse periódicamente."
Teniendo en cuenta las consecuencias fiscales y sociales de la falla de
construcción generalizada de que podría ocurrir en un terremoto, si las
malas decisiones de los valores de R se utilizan en el diseño, es evidentepara los profesionales del diseño ilustrado, que los valores asignados para
R de las normativas vigentes sísmica debe reflejar la más actual los
conocimientos en ingeniería sísmica y la práctica de la construcción en los
Estados Unidos. En este espacio de tiempo, se ha aprendido mucho acerca
del rendimiento probable de los sistemas sísmicos en la elaboración de
moderados a fuertes terremotos, especialmente después de la de 1989 en
Loma Prieta y 1994, los terremotos de Northridge. Este nuevo
conocimiento, en combinación con el cambio de las expectativas públicas
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de los niveles aceptables de daño inducido por el terremoto y los cambios
en la práctica de la construcción, hace de 1995 un año en el que proceda
a publicar una revisión formal de los factores de modificación de respuesta
y la forma en que se utilizan los factores (y mal) en la práctica del diseño
actual.
1.2. Objetivos del Informe
Este informe tiene varios Objetivos claves:
1. Para documentar la base de los valores asignados para R en los
actuales códigos sísmicos en los Estados Unidos.
2. Para revisar el papel desempeñado por los factores R, en la
práctica del diseño sísmico en los Estados Unidos.
3. Para describir cómo los factores de modificación de respuestas se
utilizan para el diseño sísmico en otros países.
4. Para el estado actual de la información actualizada sobre los
factores R.
5. Para desarrollar un medio racional de la descomposición de R en
componentes clave.
6. Proponer un marco (y métodos) para la evaluación de los
componentes clave de R.
7. Para recomendar la investigación necesaria para mejorar la
fiabilidad de la construcción de ingeniería diseñada utilizando los
factores R.
Los destinatarios principales de este informe es la licencia de ingenieros
profesionales familiarizados con los actuales criterios de diseño de
construcción sísmica y dinámica estructural. Sin embargo, el informe ha
sido escrito para ser comprensibles para un público amplio, con la intención
de tener un fuerte impacto en los profesionales del diseño y el código del
proceso de cambio. La audiencia secundaria para el informe es la
comunidad académica de investigación.
1.3. Organización del Informe
Capítulo 2 proporciona una perspectiva histórica de cómo se han
desarrollado los valores de R en la actualidad. La relación entre los factores
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K presentado a fines de 1950 s, los factores R que se presentó en ATC-3-
06, y los factores de Rw que introdujo en 1988 la UBC (ICBO, 1988) se ha
establecido, y las deficiencias de diseño sísmico utilizando los factores R
se enumeran.
Capítulo 3 trata sobre el uso de los factores de modificación de respuesta
para el diseño sísmico de edificios nuevos fuera de los Estados Unidos y
para el diseño sísmico de puentes nuevos en los Estados Unidos, para
brindar una perspectiva sobre las conclusiones de este informe. Los
factores utilizados en la elaboración común de los tres sistemas, el
europeo, los códigos japoneses y mexicanos, se comparan con los valores
correspondientes en las Disposiciones 1991 NEHRP (BSSC, 1991). Estecapítulo incluye algunas conclusiones sobre el comportamiento probable
de código compatible con los edificios en los Estados Unidos durante el
terremoto y temblores severos.
El capítulo 4 analiza el impacto de los factores R en el proceso de diseño
sísmico en los Estados Unidos, las estimaciones experimentales de R que
se preparaban para dos sistemas de elaboración de acero, y propone una
nueva formulación de las cuestiones sin resolver R. asociados con laformulación propuesta para R se describen, y estrategias para resolver
estos problemas se proponen.
En el capítulo 5, se resumen los aspectos importantes planteados en este
informe y se extraen conclusiones principales. Recomendaciones para
continuar su estudio completo de este capítulo. Una lista de referencias
sigue el capítulo 5.
Los valores fiables para R es probable que se proponga sobre la base de
la evaluación estadística de los puntos fuertes de reserva y de los valores
de ductilidad del sistema. La fuerza de reserva y la ductilidad puede
estimarse utilizando el análisis estático no lineal. El Apéndice A
proporciona una visión general de análisis estático no lineal y presenta los
resultados de dicho análisis no dúctil de un edificio de estructura de
hormigón armado. Este análisis se realizó como parte de la FEMA en curso
financiados por edificio del Consejo de Seguridad Sísmica (BSSC)
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proyecto para desarrollar directrices y comentarios para la rehabilitación
sísmica de los edificios porción (ATC de este proyecto es conocido como
ATC-33). Los resultados del análisis estático no lineal se presenta en el
Apéndice A se utilizan para calcular la fuerza el proyecto y los factores de
ductilidad.
Apéndice B contiene un completo glosario de términos utilizados en este
informe. Tras el Apéndice B son referencias, una lista de las personas que
han contribuido a la preparación de este informe y la información disponible
en otros informes de ATC, incluidos los informes de compañía y otros
documentos de recursos.
2. HISTORIA DE LOS FACTORES DE MODIFICACIÓN DE RESPUESTA
2.1. Introducción
En 1957, una comisión de la Asociación de Ingenieros Estructurales de
California (SEAOC) comenzó a desarrollar un código sísmico para
California. Este esfuerzo dio como resultado la SEAOC
Recomendacion es Para Requerimientos d e Fuerza Lateral (también
conocido como el Libro Azul SEAOC) se publicó en 1959 (SEAOC, 1959).
El comentario para los requerimientos fue emitido por primera vez en 1960.
Estas recomendaciones representan el Estado del Arte de los
conocimientos más avanzados de en el campo de la Ingeniería Sísmica de
la profesión; los requisitos de diseño sísmico en el Libro Azul 1959 fueron
significativamente diferentes del código sísmico anterior en los Estados
Unidos. Por primera vez el cálculo del diseño mínimo de corte de la base
consideró explícitamente el tipo de sistema estructural. La ecuación dada
por cortante en la base fue
V = KCW (2-1)
Donde K es un factor de fuerza horizontal (el predecesor de R y RW), C es
una función del período fundamental de la construcción, y W es el peso
muerto total. El factor K se les asignan valores de 1.33 para un edificio de
muro de carga, 0.80 para los sistemas de doble, 0.67 para pórticos rígidos,
y 1.00 para la elaboración de sistemas no clasificados anteriormente. El
término C definió la forma del espectro de respuesta de diseño, y se calculó
de la siguiente manera. = .
√ (2-2)
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Donde T fue el período fundamental de vibración en la dirección en
consideración. El Libro Azul fue desarrollado como un Código de Diseño
Sísmico para California solamente. California se supone que tiene la
sismicidad uniforme, y un factor de zona sísmica no era necesario en la
Ecuación 2-1. La intención del Libro Azul fue:
“…establecer estándar es mínimos para garantizar la seguridad pública.
Los requisitos contenidos en estos códigos tienen por objeto salvaguardar
contra las principales fallas estructurales y brindar protección contra la
pérdida de vidas y lesiones personales ... Las "Recomendacio nes Para
Requerimientos de Fuerza Lateral " están destinadas a proporcionar esta
protección en caso de un terremoto de intensidad o gravedad muy fuerte
como los que ha ocurrido en California ... El código no garantiza laprotección contra los daños no estructurales ... Tampoco garantizan la
protección contra los daños estructurales…”
Las disposiciones de sísmicas en 1961 de la UBC (ICBO, 1961) se
adoptaron del Libro Azul de 1959. La zonificación sísmica fue considerada
mediante la utilización de un factor Z, que se estableció en 1.0 en la zona
3 (la región de más alta sismicidad), en 0.50 en la zona 2, y en 0.25 en la
zona 1. El diseño mínimo de fuerza cortante en la base en el año 1961 fue
calculado por la UBC como:V = ZKCW (2-3)
Donde todos los términos se definen como anteriormente se describe.
2.2. Desarrollo del Factor R
El desarrollo de los factores de modificación de respuesta (R), por primera
vez en el ATC-3-06 (ATC, 1978), se remonta al factor de fuerza horizontal
(Rojahn, 1988, y Rojahn y Hart, 1988). Esta sección resume el proceso de
desarrollo.
La publicación del ATC-3-06 se define como un punto de referencia en la
ingeniería sísmica en los Estados Unidos. El ATC-3-06 contempla un
cambio significativo frente a los anteriores códigos sísmicos y contempla
varios nuevos conceptos en los que incluye: (a) clasificación de uso del
edificio-las categorías de grupo en grupos de exposición de Riesgo
Sísmico, (b) mapas nacionales de peligrosidad sísmica, (c) herramientas
para el análisis dinámico-elástico, (d) uso de factores de modificación derespuesta (R) en lugar de los factores K, (e) límites explícitos de deriva, (f)
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tratado de la influencia de los efectos de excitaciones ortogonales, (g)
diseño de materiales basados en métodos de fuerzas en lugar de esfuerzos
admisibles ,(h) disposiciones para la interacción suelo-estructura, e (i)
requisitos detallados de diseño sísmico para los sistemas arquitectónicos,
eléctricos y mecánicos y otros componentes. En los factores de
modificación respecto de respuesta, el ATC-3-06 señaló que:
1. Los factores R tenían la intención de reflejar las reducciones en los
valores de la fuerza de diseño que se justifica sobre la base de la
evaluación de riesgos, la economía y el comportamiento no lineal.
2. La intención era desarrollar los factores R que se podrían utilizar
para reducir la espera de tierra mociones presentadas en forma deespectros de respuesta elástica para reducir los niveles de diseño
moderno trayendo dinámica estructural en el proceso de diseño.
Figura 2.1 ilustra el uso de los factores R elástica para reducir las
demandas del espectro para diseñar los niveles de fuerza.
Dado que la investigación iba a ser un factor de reducción de
respuesta, se decidió poner R en el denominador de la ecuación de
la base de corte. El resultado final fue que los factores R fueron
inversamente proporcionales a los factores k utilizados en loscódigos anteriores. La ecuación de la fuerza cortante en la base
para las estructuras en las que el período de vibración T de la
edificación no se ha calculado se tomó la forma siguiente:
= . (2-4)
En esta expresión, V es la base de la fuerza cortante sísmica, Aa
es la aceleración máxima efectiva del movimiento del suelo de
diseño (expresado como una fracción de G), R es el factor de
modificación de respuesta, y W el peso total de reactivos. El factor
de 2,5, es un factor de amplificación dinámica que representa la
tendencia de un edificio para ampliar las aceleraciones aplicadas a
la base.
Sólo las fuerzas sísmicas fueron consideradas en el ATC-3-06 por
dos razones. En primer lugar, los edificios siempre habían sido
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diseñados para soportar fuerzas verticales mayores que los
producidos por el promedio (no afectado por un factor) de cargas
de gravedad, proporcionando así una reserva de capacidad para
soportar fuerzas de sismo verticales, y segundo, porque el análisis
y las herramientas de diseño necesarias para dar cuenta de
movimientos sísmicos verticales, y segundo, porque el análisis y las
herramientas de diseño necesarias para dar cuenta de los efectos
de movimiento vertical de tierra no estaban disponibles de forma
rutinaria en la década de 1970. Además, los datos de movimiento
del suelo disponible en el momento sugiere que el pico movimientos
verticales eran normalmente menos de 2/3 del pico de movimientos
horizontales, lo que lleva a la conclusión de que las respuestasprovocadas por movimientos verticales deben ser menos severas
que aquellas causadas por movimientos horizontales.
Para estructuras con período fundamental del edificio conocido, la
ecuación del cortante en la base es
Figura 2.1: Uso de los factores R para reducir la demanda elástica
espectral a nivel de fuerzas de diseño. Cada punto con el espectro de
respuesta elástica para la roca madre (curva superior) se divide por R para
producir el espectro del diseño (curva inferior) para un tipo de estructura
dada, en este caso un momento especial resistente a la estructura
espacial, donde R = 8.
Nota: la conversión del cuadro:
aceleración normalizados espectral (g)
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ATC 3-06 espectro de respuesta elástica para un sitio del
basamento rocoso y el 5% de amortiguamiento
Periodo (segundos)
ATC-3-06 fue dado como:
= .. (2-5)
En esta expresión, A v es la velocidad máxima efectiva relacionada con la
aceleración, S es un coeficiente de perfil del suelo y T es el período
fundamental del edificio. El coeficiente del perfil del suelo se utiliza para
ver las propiedades del suelo que podrían ampliar el movimiento de lechode roca, sus valores, tal como se define en ATC-3-06, están en el rango de
1.0 a 1.5. La cortante basal de la ecuación 2-4 proporciona un límite
superior de la cortante basal calculada utilizando la ecuación 2-5.
Las personas que participaron en el proceso de desarrollo del factor R
ATC-3-06 (ATC, 1978, página 8, Diseño Estructural, detalles y Comisión
de Calidad y Garantía) han indicado que los miembros de la Comisión
primero desarrollaron independientemente R con valores para cada tipo de
sistema estructural, basada en su propia experiencia. Los valores de R que
se seleccionaron para su inclusión en ATC-3-06 representan la opinión
consensuada de los expertos que participaron en este esfuerzo para el
desarrollo.
El primer paso en la asignación de valores de R fue establecer un valor
máximo de R, para los tipos de estructura considerados de mejor
rendimiento sísmico, es decir, aquellos con mayor resistencia o ductilidad.
Esta categoría incluyepórticos especiales resistentes a momentosy
sistemas duales compuestos por muros de corte de concreto armado con
pórticos especiales resistentes a momentos capaces de resistir al menos
el 25 por ciento de las fuerzas sísmicas prescritas.
C.W. Pinlcham (comunicación personal), un miembro del equipo que
desarrolló los factores R , describe el procedimiento que se utilizo para
calcular R para pórticos especiales de acero resistentes a momento.
El máximo valor de R se determinó igualando el V w calculado para el
esfuerzo de diseño permitido por la UBC de 1976 (equivalente a la de 1974
Libro Azul (SEAOC, 1974))al V calculado para el diseño por resistencia en
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ATC-3-06. Implícito en este acuerdo se decidió no aumentar la cortante
basal de diseño para mejorar el rendimiento de sísmico,sino más bien para
lograr un mejor desempeño sísmico, exigir un mejor detalle.
Para pórticos especiales de acero resistentes a momento, el máximo valor
de R se calculó en un periodo fundamental igual a 1.0 segundos:
.. = .9 (2-6)
DondeV w es el esfuerzo lateral admisible sísmico cortante basal (1976
UBC) y V es el esfuerzo lateral admisible sísmico cortante basal (ATC 3-
06). Los factores numéricos en la ecuación 2-6 representan las diferencias
entre los métodos de diseño por esfuerzo admisible y diseño porresistencia: 1.67 representa un margen de seguridad en el diseño por
esfuerzo admisible, 1.33 representa el aumento permisible en el diseño por
esfuerzo admisible y 0.9 es el factor de reducción de capacidad por flexión
en el diseño por resistencia.
Utilizando la expresión para V w tal como se especifica en la UBC de 1976
(ICBO, 1976), se tiene que:
.. = ..9. (2-7)
Donde Z es un factor de zona, I es un factor de importancia, K es un factor
de fuerza horizontal, C define la forma espectral (1 (15√ )⁄ ), y S i es uncoeficiente de sitio.
Reemplazando Z = I = T = 1.0, S i = 1.5, A v = 0.4 y S = 1.2 en la ecuación 2-
7:
1.01.00.0671.5 .. = .×.×.
.9. (2-8)
Resulta:
0.1256 = . (2-9)Obteniendo
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= . (2-10)
En la 1976 UBC , K se estableció igual a 0.67 para sistemas a porticados
resistentes a momentos. El valor correspondiente de R en ATC-3-06 secalculó de la siguiente manera:
= .. ≈ 8 (2-11)
El factor de modificación de respuesta para sistemas de muros de corte de
concreto armado con pórticos especiales resistentes a momentos también
fue asignado con el valor máximo de ocho.Valores de R para otros
sistemas estructurales fueron asignados a partir de la ecuación 2-10,
ajustados en conformidad con la opinión de consenso de la Comisión.
Sistemas Estructurales no considerados en el 1976 UBC fueron asignados
con valores de R acordes a la opinión de consenso de la Comisión.
2.3. Desarrollo del Factor Rw
Los valores para los factores de modificación de respuesta estructural para
el diseño por esfuerzo admisible (R w ) fueron determinados por el Comité
de Sismología de la Asociación de Ingenieros Estructurales de California
(SEAOC) y publicados en el libro azul de 1988 (SEAOC, 1988). SEAOC ha
elegido introducir R w , en lugar de R , para facilitar la eventual transición del
diseño por esfuerzo admisible al diseño por resistencia.
Similar a R , R w es inversamente proporcional a K . La relación entre los
valores de K en el 1985 la UBC y los valores de Rw en el 1988 la UBC se
puede demostrar como sigue.La ecuación dada en el 1985 UBC (ICBO, 1985) para calcular la cortante
basal de diseño en el nivel de esfuerzo permitido (V D ) es:
= (2-12)
Los parámetros Z e I se utilizan para cuantificar la zona sísmica y la
importancia de la ocupación del edificio, respectivamente. El parámetro S
se utiliza para dar cuenta de las características de sitio, y C es uncoeficiente numérico que es una función del período fundamental de
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vibración del edificio y la forma espectral definida. El valor máximo de C se
establece como igual a 0.12; el valor máximo de CS se ha fijado en 0.14.
K es un coeficiente numérico que se refiere al factor de fuerza horizontal.
El libro de azul (SEAOC, 1988) de 1988 y 1994 UBC (ICBO, 1994) utilizan
una ecuación alternativa para calcular V D :
= (2-13)
Donde Z e I son factores de zona sísmica e importancia, respectivamente.
Para este ejemplo, sea I = 1 en las ecuaciones 2-12 y 2-13. El factor C en
la ecuación 2-13 tiene un valor máximo de 2.75 y se define como:
= .. (2-14)
Donde S es un coeficiente de sitio y T es el período fundamental de
vibración.
Si se supone que CS = 0.14 y Z = 1 en la ecuación 2-12 y que C = 2.75 y
Z = 0.4 en la ecuación 2-13, se deduce que.
0.14 = .. (2-15)
Entonces:
= . ≅ (2-16)
Sustituyendo la ecuación 2-10 en la ecuación 2-16 obtiene la siguiente
relación entre R w y R .
= .. = 1.54 (2-17)
Tabla 2.1 Muestra los valores de K (UBC de 1985) y R w (1988 UBC) para
varios sistemas estructurales.
Table 2.1 Relación de K y R w
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Sistema estructural 1985 UBC1988
UBC
Bearingwall (muros de carga)
Dual steel and concrete (doble acero y
concreto)
Ductilesteel and concrete (acero dúctil y
concreto)
Other (Otros)
K = 1.33
K = 0.80
K = 0.67
K = 1.00
R w = 6
R w = 10
R w = 12
R w = 8
2.4. Comparación entre K, R y Rw
Con pocas excepciones, los factores de R tabulados en ATC-3-06 son los
mismos que en las disposiciones de la NEHRP de 1991. Las excepciones
incluyen un aumento del valor de R en las disposiciones de NEHRP para
pórticos espaciados especiales de concreto resistentes a momentos y la
adición de factores R para pórticos espaciados de concreto resistentes a
momentos intermedios. Los valores asignados a R w en la UBC de 1994
son los mismos que figuran en el libro azul de 1988. Como referencia, los
valores de R en ATC-3-06 y en las disposiciones de NEHRP de 1991 y R w
en la UBC de 1994 se muestran en la tabla 2-2, para sistemas estructurales
agrupados de acuerdo al valor de K .
El vínculo entre K, R y Rw fue establecido en la sección anterior. Los valores
de la fuerza horizontal factor k representan la opinión de consenso de
profesionales del diseño expertos y académicos en finales de la década de
1950. A pesar de un número doblar el aumento del conocimiento y la
llegada de los potentes herramientas de análisis, no sustantivos revisión
de, se han realizado cambios, factores de reducción de respuesta desde el
1950.
Recientes estudios realizados por investigadores (por ejemplo, Bertero,
1986) y profesionales del diseño, incluyendo el proyecto ATC-34, han
identificado importantes deficiencias en los valores y formulación de los
factores de modificación de respuesta utilizados en los códigos sísmicos
en el Los Estados Unidos. Estas idas cortos incluyen los siguientes:
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1. Un único valor de R para todos los edificios de un tipo determinado
de encuadre, independientemente de la construcción de altura, de
geometría, planificar y diseño de encuadre. No puede justificarse.
2. El uso de los valores asignados a R para algunos sistemas de
encuadre probablemente no producirá el rendimiento deseado en
el diseño terremoto.
3. El factor de modificación de respuesta es destinados, en parte, para
dar cuenta de la ductilidad del sistema encuadre, Reconociendo
que no se puede utilizar un radio dúctil constante para reducir de
manera uniforme elástico espectral exige demandas espectrales
(inelástica) (mide normalmente como distorsión de base), R debe
ser período dependiente. Esta dependencia es reconocida en elEurocódigo y el código mexicano (véase el capítulo 3 para futuros
debates).
4. La fuerza de reserva (fuerza en exceso de la designstrength) de
edificios diseñado en diferentes regiones sísmica probablemente
variarán sustancialmente. Dado que la fuerza de reserva es una
clave componente de R (consulte el capítulo 4), R debería
depender de ambos la zona sísmica o alguna relación de carga de
gravedad a las cargas sísmicas.5. Diseño sísmico utilizando la respuesta factores de modificación
enumerados en códigos sísmicos y directrices en los Estados
Unidos Los más probablemente no se traducirá en un nivel
uniforme de riesgo para todos los sistemas sísmico de enmarcar.
Estos defectos y otras publicaciones (cuestiones) relacionadas son
dirigidos en el resto de este informe:
Tabla 2.2 Tabular valores para K, R y RW
Sistema estructural Básicos (factor K). R R R
(ATC,
1978)
(BSSC,
1991)
(ICBO,
1994)
Sistema de muro de rodamiento (K = 1,33)
1. Enmarcado de luz Paredes con paneles de
distorsión
6.5 6.5 -
a. paredes de madera contrachapada,
historias de 3 o menos
- - 8.0
-
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b. otras paredes enmarcados luz - - 6.0
2. Distorsionar paredes
a. concreto 4.5 4.5 6.0
b. mampostería 3.5 3.5 6.03. Cargas de gravedad de transporte de
fotogramas
4.0 4.0 -
a. acero - - 6.0
b. concreto - - 4.0
Sistema de fotograma de edificio (K = 1.00)
1. Marcos de Acero excéntrico (EBF) - 7.0-8.0 10.0
2. Edificios con marcos concéntricos - 7.0 -3. distorsión Walls
a. concreto 5.5 5.5 8.0
b. mampostería 4.5 4.5 8.0
Sistema dual (K = 0,80)
1. Distorsionar Walls
a. Hormigón con Momento especial a
resistir espacio Frame (SMRSF)
8.0 8.0 12,0
b. Hormigón con hormigón Momento
Intermedio resiste Frame (IMRSF)
- 6.0 9.0
c. mampostería de con hormigón SMRSF 6.5 6.5 8.0
f. mampostería de con hormigón IMRSF - 5.0 7.0
2. Acero EBF con Steel SMRSF - 7.0-8.0 12,0
3. ConcentricBracedFrames
a. Acero con SMRSF 6.0 6.0 10.0
b. Hormigón con hormigón SMRSF 6.0 6.0 9.0
c. Hormigón con hormigón IMRSF - 5.0 6.0
Momento resistencia a marco Sistema (K =
0,67)
1. Especiales Espacio de Resistir momento de
marcos (SMRSF)
a. acero 8.0 8.0 12,0
b. concreto 7.0 8.0 12,0
-
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2. Hormigón Moment intermedioresiste Space
marcos (IMRSF)
- 4.0 8.0
3. Ordinario Moment Resistencia a marcos de
espacioa. acero 4.2 4.5 6.0
b. concreto 2.0 2.0 5.0
3. USO DE LOS FACTORES DE MODIFICACIÓN DE RESPUESTA
3.1. Introducción
El uso de factores de modificación de respuesta no está restringido al
diseño sísmico de edificios en los Estados Unidos. Factores R, o sus
equivalentes, se utilizan para el diseño sísmico de edificios en Europa,
Japón, México y otros países, y también para el diseño sísmico de puentes
en los Estados Unidos. Este capítulo revisa el uso de factores R en los
códigos de construcción sísmica en Europa, Japón, y México y códigos de
puente sísmica en los Estados Unidos, con el fin de poner en perspectiva
la práctica del diseño sísmico para edificios en los Estados Unidos.
3.2. Factores R en los Códigos de Construcción Sísmica
3.2.1. Europa
El procedimiento de diseño sísmico en el Eurocódigo 1988 (CEC,
1988) es un procedimiento diseño de nivel único que reduce demandas
elásticas espectrales al nivel de diseño de fuerza mediante el empleode un período dependiente, el factor de reducción de respuesta (q) así:
Para TT1:
̅ =
Donde T es El periodo fundamental el edificio; T1 es un períodocaracterístico del espectro de diseño (período límite inferior a la porción
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de aceleración constante del espectro), η es un factor relacionado con
la amortiguación viscosa ξ y es igual a 1.0 para ξ equivalente al cinco
por ciento crítico; es un pseudo factor de amplificación de espectrode pseudo-aceleración (igual a 2.5); y q es un factor de
comportamiento del sistema que varía en función del tipo de material,
regularidad fuerza y rigidez de la estructura. Valores para q varían en
un rango de uno y cinco para sistemas aporticados de hormigón
armado. Reconociendo que no se puede utilizar la ductilidad para
reducir sustancialmente las fuerzas de demanda elástica el rango de
período corto desde 0 a T1, la ecuación 3.1 muestra cómo ̅ varía de̅ = en = , Para ̅ = 1.0 en = 0.0.
Los valores de desplazamiento inelástico (dS) se estiman en elEurocódigo de 1988 como el producto de los valores de
desplazamiento (de) calculados utilizando las fuerzas sísmicas de
reducción (de diseño) y el comportamiento del factor q. Para T inferior
a T1, la relación /̅ supera 1.0 y los valores de desplazamientoinelástica superan los valores de desplazamiento elástico; para mayor
que T 1, la proporción de T /̅ igual a 1,0, y los valores dedesplazamiento inelástico igualan a los valores de desplazamiento
elástico.3.2.2. Japón
La ley de Construcción Estándar japonesa de 1981 (IAEE, 1992)
incluye en dos fases el procedimiento de nivel diseño sísmico para
edificios. La primera fase de diseño (nivel I) sigue un enfoque similar al
que adoptado en las disposiciones de NEHRP (BSSC, 1991). Las
estructuras de acero son diseñadas para el nivel de fuerza, basado en
procedimientos de diseño de esfuerzos permisibles con el esfuerzo
permisible en el acero igual a la elasticidad.
El Diseño de fuerzas se utiliza para estructuras de hormigón armado.
La segunda fase de diseño (nivel II) es una directa y explícita
evaluación de fuerza y ductilidad y puede considerarse como una
comprobación de si estos son suficientes para los movimientos de
tierra severos (Sismos). Las estructuras de madera y de baja altura que
satisfacen la rigidez, excentricidad y de limitaciones detalladas no
requieren diseño de nivel II. Otras estructuras, incluyendo todas lasestructuras entre 31 y 60 metros de altura, están sujetos a cumplir
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ambos nivel I y nivel II, diseñadas para ser revisadas (y modificar según
sea necesario) mediante el procedimiento de nivel II. Estructuras más
de 60 metros de altura están sujetas a aprobación especial por el
Ministerio de Construcción.
Diseño en el nivel I, el coeficiente sísmico en cada historia ( )determina que el producto es de cuatro variables:
= Donde z representa la zona sísmica, RF define la forma espectral que
varía en función del tipo de suelo, Ai define la distribución vertical de la
fuerza sísmica en el edificio y Co representa la aceleración de suelo
máxima, en regiones de alta sismicidad, Z es igual a 1.0 excepto para
estructuras de madera en el subsuelo suave, co se establece comoigual a 0,2. La fuerza de corte de diseño sísmico en el i-ésimo piso (Qi)
se calcula como:
=
Donde W es el peso reactivo por encima del i-ésimo piso. Para el nivel
de diseño, las acciones sísmicas se calculan utilizando fuerzas sísmica
no reducidas. La deriva entre pisos se limita a 0,5 por ciento de la
altura del piso para fuerzas sísmicas a menos que se pueda demostrarque una deriva mayor pueda ser tolerada por los componentes no
estructurales, casos en los que el límite de deriva puede aumentarse a
0,8 por ciento de la altura del piso.
En el nivel II diseño, en el ingeniero comprueba la excentricidad en
planta, la distribución de rigidez lateral, código de requisitos de
mínimos (en algunos casos), y finalmente la capacidad de carga lateral
se calcula mediante análisis plástico y las últimas demandas sísmicas
se calculan como:
= Donde Qud es la distorsión sísmica lateral para los movimientos de
terremoto severo, calculada de acuerdo con la ecuación 3-4 usando
Co es igual a 1.0, DS es un factor de ductilidad dependientes del
sistema de encuadre (menos de 1.0), y Fes es una medida de la
regularidad del edificio. No hay ningún control de desplazamiento en el
nivel de diseño II.
El factor de la regularidad (Fes) se calcula como:
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= Donde la Fe es una medida de la irregularidad en planta del edificio, y
Fs refleja la uniformidad de la distribución de rigidez lateral sobre la
altura del edificio. Como referencia, Fe y Fs. varía entre valores de 1.0
(regular) y 1.5 (muy irregular). El diseño asociado penaliza la selección
de un sistema altamente irregular, lo que es evidente.
El factor de ductilidad (Ds) varía en función del material estructural, el
tipo de sistema de configuración y parámetros de respuesta. Materiales
se identifican como acero o concreto; concreto reforzado con acero.
Tabla 3-1 muestra los valores de Ds para sistemas de acero de
configuración sísmica desde el 1981 Building Standard ley (BSL).
Estos valores están en el rango de 0,25 y 0,50. La calificación de"comportamiento de elementos" en la primera columna, se basa en la
proporción de los miembros estructurales. Por ejemplo, los miembros
en marcos de momento dúctil con excelente ductilidad tienen menor
relación anchura-espesor (o profundidad-espesor) que miembros en
ductilidad. Los arriostres robustos en pórticos arriostrados están
asociados con excelente ductilidad y los arriostres delgados asociados
a falla por ductilidad.
Tabla 3.1 Coeficiente de DS para edificios con pórticos de acero en elReglamento de Construcción estándar de Japón1981
Tipo de Pórtico
Comportamiento
de elementos
(1) Marco de
momento dúctil
(2) aliado
concéntrico nueve
marco
(3) Marcos
distinto de (1) y
(2)
A. miembros de
excelenteductilidad
0,25 0,35 0,30
B. miembros de
buena ductilidad
0,30 0,40 0,35
C. miembros de
ductilidad justa
0,35 0,45 0,40
D. miembros de
ductilidad pobre
0,40 0,50 0,45
-
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Tabla 3.2 Coeficiente Ds para edificios de tablas el hormigón armado en el
Japón tiene 1981 construyendo ley estándar
El tipo de la estructura
El comportamientode miembros
(1) Estructura demomento dúctil
(2)Paredes
de cizallas
(3) Presentaciones deinformación aparte de
(1) y (2)
A. Miembros con
ductilidad excelente
0.3 0.4 0.35
B. Miembros con
ductilidad buena
0.35 0.45 0.4
C. Miembros conferia
ductilidad
0.4 0.5 0.45
D. Miembros con
ductilidad pobre
0.45 0.55 0.5
Para construcciones de concreto reforzado, los valores para Ds varían
entre 0.3 y 0.55, como se muestra a continuación en la tabla 3.2. Para
las construcciones de hormigón reforzado con acero “concreto
armado” (término de denominación en la construcción), valores para
Ds se reducen a las de la tabla por 0,05. Para un pórtico de momento
dúctil de hormigón armado que se va a asignar excelente ductilidad,
las columnas tienen que estar diseñadas para ser crítica Flexible, tener
una relación de refuerzo longitudinal inferior al 0,8 por ciento y tenga
bajo axial (< 0.35f'c) y distorsionar (< 0.1f'c) las tensiones a la
formación del mecanismo. La tensión de corte limitante en vigas en un
marco de ductilidad excelente es 0.15f'c. Pobres ductilidad se asignaría
a un marco de momento en el que los valores axiales y esfuerzo
cortante en las columnas son mucho más altos que los límites señaló
anteriormente y para incorporar vigas distorsión críticas o columnas de
fotogramas. Para una pared de distorsión que poseen excelente
ductilidad, el muro tiene que ser crítica flexible y tienen una baja tensión
de corte (< 0.1f'c) en la formación del mecanismo. El lector se refiere a
las tablas de C1 a C4 (hormigón armado construcción) y D1 a travésde D4 (construcción de acero) en el estándar de edificio de 1981 Ley
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para obtener información más detallada sobre las clasificaciones de
fotograma y ductilidad.
3.2.3. México
El 1987 el Código de Construcción de la Ciudad México usa un factor
de reducción para reducir demandas fantasmales elásticas a un nivel
de diseño de fuerza. El factor de reducción de respuesta (Q) es
dependiente del período y está calculado como sigue:
Para T
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Sistema estructural Periodo Europea Japónb México EE.UU
RC momento en pared T=0.1 sec.
T=1.0 sec.
2.0
3.5
2.5
2.5
2.5
4.0
5.5
5.5
RC Estructura demomento
T=0.1 sec.T=1.0sec.
2.35.0
3.33.3
2.54.0
8.08.0
Momento de acero
Estructura
T=0.1 sec.
T=1.0sec.
2.5
6.0
4.0
4.0
2.5
4.0
8.0
8.0
a.T1 igual a 0.2 segundos, n igual a 1.0, ß0 igual a 2.5.
b. El inverso de Ds.
c. T A igual a 0.2 segundos, n igual a 1.0, ß0 igual a 2.5.
3.2.4. Resumen
La aplicación de la transformación de respuesta se descomponen en
factores (o sus equivalentes) a el diseño sísmico del edificio en Europa
(1988 Euro código), el Japón (1981 construyendo ley estándar), y
México (código de construcción de la ciudad de México 1987) se halla
repasado, a fin de dibujar conclusiones anchas sobre práctica de
diseño sísmico en Estados Unidos manifieste de esta información, conel fin de extraer conclusiones generales sobre prácticas de diseño
sísmico en los Estados Unidos a partir de esta información, considerar
tres sistemas de encuadre dúctil de configuración regular, todo situado
en roca: (1) una pared hormigón armado estructural, (2) un momento
de hormigón armado –resistir estructura de espacio, y (3) una reserva
de resistir de momento de acero procede. Asuma que el análisis a
períodos fundamentales de 0.1 segundos y 1.0 segundos es suficiente
para el propósito de la comparación. La transformación de respuesta
descomponen en factores determinó de cada código esté presente en
la tabla 3.3 junto con valores del R del 1991 NEHRP provee. De los
códigos sísmicos ser comparando, sólo el 1981 BSL no usa un factor
de transformación de respuesta para reducir demandas fantasmales
elásticas a la fortaleza (producto primero significativo) diseña nivel. Por
lo tanto, listas de tabla 3-3 los valores para el inverso de Ds.
Tabla 3-3 muestran que los factores de transformación de respuesta
usados en las provisiones de NEHRP es sólidamente mayor que los
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valores correspondientes en los códigos europeos y mexicanos.
Suponiendo que normas de construcción en Europa y México son
probablemente comparables con esos en los EE.UU., las diferencias
numéricas substanciales entre la transformación de respuesta
descomponen en factores, y normas similar arrogante de control de la
calidad y detallar estructural, las diferencias substanciales en los
factores de transformación de respuesta sugiera que un edificio diseñó
según las provisiones de NEHRP sufra probablemente mayor daño en
el terremoto de diseño que edificios similar diseñado para las
necesidades del Euro código o el código de edificio de Ciudad México.
Es interesante para notar que los factores de transformación de
respuesta en el europeo y los códigos mexicanos no explican fortalezade reserva; es decir, los factores en estos dos códigos son propuestos
para ser una medida de la ductilidad sólo. Esto es en contraste con las
provisiones de NEHRP donde los valores asignados a R son
propuestos para explicar ductilidad de fortaleza de reserva.
Una comparación directa de los valores asignó a los factores de
transformación de respuesta en el NEHRP provea (R) y el Japonés
BSL (1/Ds) es difícil porque los factores son usados diferentemente.
En el NEHRP provee, el R está se usa para reducir fuerzas elásticas ala fortaleza (primero significativo produciendo) nivele para diseño. En
el BSL, el factor es usado en el procedimiento de nivel II para reducir
fuerzas elásticas para la comparación con la fortaleza máxima de un
sistema de construcción (a menudo diseñe usando el procedimiento de
nivel I). Este fortaleza máximo, computó usando análisis estático no
lineal o análisis plástico, pueda exceder la fortaleza de diseño al
principio produciendo por hacia arriba de 100 por ciento (ver capítulo 4
para información adicional). Asumiendo que la fortaleza máxima de lamayor parte de los sistemas de formular en los EE.UU. tiene dos para
tres veces la fortaleza de diseño, y demandas fantasmal similar de
elástico, y reconociendo que los valores del R excede esos de 1/des
por un factor de entre dos y tres, los sistemas de construcción que se
deriven de U.S y japonés práctica probablemente será similar.
Los valores de desplazamiento inelástico son calculados en el NEHRP
provee como el producto del desplazamiento elástico valoran computó
usando las fuerzas sísmicas reducidas y un factor de amplificación de
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desplazamiento que son numéricamente más pequeñas que el factor
de transformación de respuesta. Los valores de desplazamiento
inelástico calculados son así más pequeños que el desplazamiento
elástico valoran computó usando las reducción de fuerzas sísmicas.
Un procedimiento diferente es usado por el europeo y códigos
mexicanos valores de desplazamiento donde inelástico son calculados
como el producto de los valores de desplazamiento computó usando
las fuerzas sísmicas reducidas y un factor de amplificación de
desplazamiento igual a o más grande que el factor de reducción de
respuesta. Los valores de desplazamiento inelástico resultantes sirva
para o mayor que el desplazamiento elástico valoran computó usando
la reducción de fuerzas sísmicas. Los procedimientos europeos ymexicanos para computar el desplazamiento inflexible son más
consistentes con los resultados de investigación reciente (MIRANDA y
Bertero, 1994) que el procedimiento adoptado en el NEHRP proveer.
El lector es mencionado para relatar ACT-34 (ATC, 1995) para
información adicional en el cálculo de desplazamientos inelástico.
3.3. Uso del Factor R Equivalente Para Puentes
En 1982, ACT publicó el ACT-6 (ACT; 1982a) anuncie tituló orientaciones
de diseño sísmicas para puente de autopista estas orientaciones eran
desarrolladas por un equipo de nacional reconoció una expertos de
ingeniería. El formato de ATC-6 comparó ese de ATC-3.En particular,
introdujo los factores de R para reducir demandas fantasmales elásticas a
un nivel de diseño de fortaleza. El 6 reporte de ATC recomienda valores
diferentes del R para formular elementos y conexiones; los valores para el
R ser más pequeño para conexiones para promover plástico engoznando
en los elementos de construcción y para excluir comportamiento inflexible
en las conexiones. Como tal, el ATC-6 diseñe metodología para puentes
diferidos de ATC-3 diseñe metodología para edificios en que un valor para
el R era usado para el edificio entero.
El puente de Caltrans diseña la especificación (Caltrans, 1990 ) hacen uso
de un factor de reducción de respuesta de dependiente del período, que
se término un factor de ajuste para ductilidad y valoración del riesgo y
denotó tan Z. los factores de z está acostumbrado a reducir demandasfantasmales elásticas a la fortaleza – diseñe las acciones, así z ejecuta un
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Esta diferencia en la definición del terremoto de diseño es responsable
para los factores de reducción de respuesta más grandes en el
procedimiento de Caltrans, porque el uso del procedimiento o de los
Caltrans o del AASHTO es propuesto produciendo columnas de un tamaño
similar (IanBuckle, comunicación personal).
Proyecto ATC-32 esté repasando corrientemente Caltrans, procedimientos
de diseño sísmico para puentes. Los factores de Z mejorados se está
desarrollando que dependa de (a) una importancia, (b) estructura-para-
coloque relación del período, y (c) el elemento representan (columna,
muelle, o conexión).Valores para los factores de z para ordinario e
importante estructura de puente es reportada en la tabla 3.4.Éstos mejoró
los factores de Z es tener la intención de siendo usado con resultado deanálisis elástico que considera la degradación de tiesura que ocurrirá
durante un evento sísmico principal y fortalezas materiales flexionales. El
propósito de resultado neto del ATC-32 es diseñar procedimientos para
componentes dúctiles son que la mayoría diseña cantidades a menudo es
sólo nominalmente diferente que esos para actual Caltrans diseñan. Las
recomendaciones del ATC-32 no han sido adoptadas formalmente hasta la
fecha por Caltrans.
Tabla 3.4 Una los factores de transf
respuesta
ATC-32a
Puente
ordinario
Puente
importanteTipo de tablas Caltrans
Z
ATC-
6R
Curva de columna sencilla 6 3 ≤4 ≤3
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inclinación de columna
múltiple
≤4 ≤3
a.- Propuesto, todavía n
adoptado
4. CONPONENTES DEL FATOR DE RESPUESTA MODIFICADO
4.1 INTRODUCCION
El comentario de 1988 NEHRP Provisions (BSSC, 1988) define al factor R como “una
modificación de respuesta empírica (reducción) factor de la intención de tener en cuenta
tanto la ductilidad y la amortiguación inherente a un sistema estructural en los
desplazamientos lo suficientemente grande como para abordar el desplazamiento
máximo del sistema”
.
Esta definición provee algún entendimiento en revelar cuantitativamente la respuesta
sísmica de los edificios y el esperado comportamiento de un conforme código de edificios
en el diseño para terremotos.
Los componentes del factor R pueden ser definidos de diferentes maneras, cada uno
depende del nivel de función bajo las consideraciones. En este reporte , la seguridad de
vida, como nivel de función es considerado explícitamente.
En la sección 4-2 provee un pórtico para una discusión en los desagregados de R dentro
de estos componentes primarios por discutir cómo R es usado para conectar respuestas
elásticas y inelástica.
Sección 4-3 introduce algunas soluciones asociadas con describir la fuerza-
desplazamiento, resultados de un edificio (expandido por ejemplo Apéndice A).
Finalmente la sección, 4.4- 4.5 trataremos de la disgregación de la "R" en sus
componentes clave
4.2 IMPACTO DEL FARTOR R DE DISEÑO
Los parámetros de solución influencian la respuesta elástica de un Solo Grado De
Libertad (SDOF), sistemas indicados en la figura 4.1 quienes los cuales ilustran un solo
historial de momento de pórtico con columnas sin masa .La masa m del piso es conectado
a la tierra por dos columnas elásticas de rigidez lateral combinada k .
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El coeficiente de amortiguamiento C es introducido por un pequeño conector al piso a latierra, es la translación horizontal con respecto a la tierra. La fuerza inercial desarrollada
por la masa del piso durante la vibración del terremoto, es una función de las propiedades
del sistema de grados de libertad (SDOF) “m, k y c”; y las características del movimiento
del terremoto en la tierra. Para un sistema SDOF elástico, las acciones sísmicas y
desplazamientos pueden ser determinados usando un espectro de respuesta del
terremoto. La envolvente del máximo de respuesta de sistema de un grado de libertad
oscila desde un movimiento de terremoto en la tierra. Los espectros de respuesta varían
ampliamente en el contenido de frecuencia y amplitud. Por referencia de la seudo-
aceleración espectral (Clough y Penzien, 1993) correspondiente al El Centro, SCT,
Sylmar, y JMA terremoto de la tierra son presentados en la figura 4.2.
Esta historia de terremotos son sucesos de 1940 Imperial Valley, 1985Mexico City, 1994
Northrigde y en 1995 en Hyogoken- Nanbu.
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El impacto de R en el diseño sísmico se ve claramente al comparado con ecuaciones
para la cortante en la base para el diseño de respuesta inelastica (Ec. 2-4 ) y para la
cortante en la base para la respuesta elastica (Ve).
= , × (4-1)
Donde , es la elasticidad con un 5% del amortiguamiento en la seudo aceleración derespuesta espectral ordinaria calculada por el periodo fundamental del edificio, y W es el
peso reactivo igual que M para una estructura simple representado en la figura 4.1. El W
en la Ec. 4-1 es el peso total reactivo y no el peso reactivo en el modo fundamental. Para
el diseño sísmico en los EEUU, el espectro tiene general mente un historial
correspondiente de movimiento de terremoto en la tierra con 10% de probabilidad siendoextendido en 50 anos, que amenudo es llamado diseño por sismo. La elasticidad
espectral ordinaria Ec. 4-1 es equivalente a 2.5 Aa en la Ec. 2-4.
La Ec. 2-4 y Ec. 4-1 son identicos si la modificación de respuesta en R en la Ec. 2-4 es
igual a 1. En la practica el diseño de corte base (para respuesta inelástica) es calculado
dividiendo el corte base por R de modificación de respuesta, un valor que generalmente
varia entre 4 a 8. La diferencia entre la aceleración de elasticidad y el corte base espectral
es claramente visto en la figura 2.1
4.3 FUERZA - DESPLAZAMIENTO DE RESPUESTA DE EDIFICIOS
Una relación típica de desplazamiento-fuerza para un marco de edificio es mostrada en
la Figura 4.3. Esta relación describe la respuesta del marco de edificio sujetado
monoliticamente desplazamientos crecientes. Para los objetivos de diseño, esta relación
no lineal a menudo es acercado por una relación idealizada bilineal. Dos aproximaciones
bilineales extensamente son usadas y estos métodos son descritos debajo. Cualquiera
de estos métodos puede ser usado para estimar fuerzas de producción y desplazamientos
de producción; los dos métodos generalmente producirán resultados similares para los
sistemas de formación más dúctiles.
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La primera aproximación, desarrollada para caracterizar la relación de carga-
desplazamiento para elementos de hormigón armado (Pauley y Priestley, 1992), asumeel conocimiento a priori de la fuerza de producción (Vy) del marco. La rigidez elástica está
basada en la rigidez secante del marco deliberado de la curva de fuerza-desplazamiento
en la fuerza correspondiente a 0.75 Vy. Muestran la determinación de la rigidez elástica
(K) en la Figura 4.4a.
El segundo método solía acercarse sobre la relación de fuerza-desplazamiento de un
marco comúnmente es llamado el método de igual-energía. Este método asume que el
área incluida por la curva encima de la aproximación bilineal es igual al área incluida por
la curva debajo de la aproximación bilineal. Esta aproximación bilineal es ilustrada en la
Figura 4.4b.
Las relaciones no lineales presentadas en la Figura 4.4 son descritas por la fuerza de
producción (Vy), el desplazamiento de producción ( ∆), la fuerza máxima (V0), eldesplazamiento correspondiente a un estado de límite ( ∆ ), y el desplazamiento
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inmediatamente antes de la falla(∆). El desplazamiento ∆ y ∆ están bien más allá deldesplazamiento de producción para sistemas de formación dúctiles. La rigidez elástica
(K0) es calculada dividiendo la fuerza de producción por el desplazamiento de producción.
La rigidez de postproducción (K1) comúnmente es definida como una fracción (α) de la
rigidez elástica así:
=∝ = ∆ ∆
Donde todos los términos en esta ecuación son definidos anteriormente.
La capacidad de un marco de edificio para ser desplazado más allá del límite elástico.
Resistiéndose a la fuerza significativa y absorbiendo la energía por el comportamiento
inelástico, es la ductilidad llamada. La ductilidad de desplazamiento es definida como la
diferencia entre ∆ y ∆. La ductilidad de desplazamiento máxima es la diferenciaentre la ∆ y ∆. La proporción de ductilidad de desplazamiento generalmente estadefinida como la proporción de ∆ a ∆ es decir:
∆ = ∆∆
Donde ∆ es siempre mayor que ∆ . Las fallas frágiles son caracterizados por laductilidad insignificante. Los fallas frágiles de este tipo son comunes en la más vieja
construcción construida antes del advenimiento dúctil a mediados de los años 1960.
La relación de fuerza-desplazamiento para un edificio puede ser determinada
experimentalmente o analíticamente. La evaluación experimental es difícil, sumamente
costosa, y por lo tanto rara. Las pruebas pseudo-dinámicas de edificios a escala-
completa, y las pruebas de simulador de terremoto de los pequeños a los modelos de
escala moderada de los edificios de cales diferente. El empleo de datos de prueba de
simulador de terremoto para evaluar la respuesta la fuerza - desplazamiento de un
edificio es descrito debajo en la Sección 4.4.
El software de análisis de elemento no lineal finito es un instrumento rentable analítico
usado por académicos y profesionales de diseño para estimar relaciones de fuerza-
desplazamiento para el edificio. El análisis no lineal estático (o pushover), algo rutinario
en las firmas de arquitectura/ingenieria más grandes en Japon en los principios de los
años 1980, ahora está siendo promovido en el ATC-33 proyecto como el método de
análisis preferido para proyectos de rehabilitación sísmicos. Para la referencia, una
descripción de análisis no lineal estático, juntos con un análisis de la muestra de un
edificio de hormigón armado de siete-historias, es presentada en el Apéndice A.
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4.4 EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE RELACIONES DE FUERZA-
DESPLAZAMIENTO
A mediados de los años 1980, datos de la investigación experimental en la Universidad
de California en Berkeley fueron usados desarrollar relaciones de desplazamiento de
esquilar-azotea bajas para el acero marcos reforzados y una formulación preliminar para
el factor de modificación de respuesta.
Las relaciones de desplazamiento por la fuerza cortante-azotea fueron establecidas
usando datos adquiridos de las pruebas de dos pórticos de acero reforzados conforme
al código; un concéntricamente reforzado (Uang y Bertero, 1986) y un excéntricamente
reforzado (Whittaker et al., 1987). Las curvas de desplazamiento de fuerza fueron
desarrolladas por trazando el desplazamiento de azotea en aquel tiempo correspondientea la fuerza transversal máxima baja para cada simulación de terremoto y cada modelo.
Usando estos datos, las investigaciones de Berkeley propusieron de dividir la R en tres
factores que representan (explican) la fuerza de reserva de forma de contribuciones, la
ductilidad, y la humectación viscosa, así:
= × ×
En esta expresión es el factor de fuerza, la es el factor de ductilidad, y es elfactor de amortiguación. Usando datos de la prueba de simulación de terremoto más
severa, el factor de fuerza fue calculado como la fuerza transversal máxima baja dividida
por la fuerza transversal de base de diseño en la fuerza nivela. El factor de ductilidad fue
calculado como la cortante de base para la respuesta elástica dividida por la fuerza
transversal máxima baja y el factor de amortiguacion fue puesto igual a 1.0.
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Figura 4.5: Evaluación experimental de la fuerza y los factores de ductilidad.
Los valores experimentalmente decididos de R para el marco concéntricamente reforzado
eran 4.5 y que para el marco excéntricamente reforzado era 6.0. Estos valores eran
considerablemente menos que los valores de 6.0 y 8.0 adoptados en las Provisiones de
NEHRP 1991. Los valores experimentalmente decididos para la fuerza, la ductilidad, y
factores de modificación de respuesta son catalogados en la Tabla 4.1.
TABLA 4.1 Factores de Reducción experimentales para Marcos De acero
SISTEMA RS Rμ R
Concéntricamente
reforzado
2.43 1.85 4.5
Excéntricamentereforzado
2.85 2.12 6.0
El método solía calcular valores para los factores de fuerza y ductilidad vemos en la Figura
4.5. El lector referido a Uang y Bertero (1986) Y whittaker (1987) Para información
adicional.
4.5 LOS COMPONENTES CLAVE DE R
Muchas investigaciones (ATC, 1982b; Freeman, 1990; ATC, 1995) han concluido desdela primera formulación de R (Ecuación 4-4) propuesta. Estudios recientes, incluyendo los
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del proyecto adjunto ATC -34, sostienen una nueva formulación para R, es decir, una
formulación en la que R se expresa como el producto de tres factores:
= × × (4-5)
Donde es el factor de período - resistencia dependiente, es el factor de período -ductilidad dependiente, y es el factor de redundancia. Esta formulación, con laexcepción del factor de redundancia, es similar a los planteados por los investigadores
de Berkeley (ver sección 4.4) y Freeman (1990). La formulación Freeman, que fue
desarrollado de forma independiente de la formulación de Berkeley, describió el factor de
reducción de respuesta como el producto de un factor tipo-fuerza y un factor tipo-
ductilidad.
El factor de redundancia, desarrollado como parte del Proyecto ATC - 34, es propuesto
en este informe por primera vez en la literatura. La función de este factor es cuantificar la
fiabilidad mejorada del sistema de esquema sísmico que usa múltiples líneas de esquema
sísmico vertical en cada dirección principal de un edificio.
Un cuarto factor, el factor de amortiguamiento viscoso (), fue considerado para su
inclusión en la nueva formulación - sobre todo para tener en cuenta para la reducción dela respuesta proporcionada por mecanismos de amortiguamiento viscoso suplementario.
Este factor de amortiguamiento viscoso podría ser usado para reducir los
desplazamientos en un sistema de esquema no lineal pero no puede ser usado para
reducir la demanda de fuerza de manera proporcional, especialmente para las estructuras
altamente amortiguadas. Reconociendo que el diseño sísmico utilizando los factores de
modificación de respuesta que seguirán siendo basados en fuerza en el corto plazo, el
factor de amortiguamiento fue excluido de la nueva formulación.
Uno de los objetivos de este informe es proporcionar al lector información acerca de los
componentes (o factores) clave que influyen en los valores numéricos asignados a R en
los Estados Unidos. La formulación de R en la ecuación 4-5 fue formulada para
proporcionar una estructura para la evaluación racional de estos parámetros. Cualquier
evaluación de los componentes clave de R debe abordar el uno al otro. La información
básica y datos de investigación presentados en las siguientes sub-secciones tienen por
objeto proporcionar al lector una visión sobre los cuatro componentes principales (es
decir, la fuerza de reserva, ductilidad, la amortiguación y la redundancia), así como las
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relaciones entre estos cuatro componentes. Ninguna importancia relativa se debe deducir
de la orden en el que se presenta el material.
La formulación propuesta no se refiere específicamente a los efectos del plan y la
irregularidad vertical en los sistemas estructurales. Irregularidad podría abordarse
mediante la reducción del factor de modificación de respuesta por un factor de regularidad
similar a la exigida para el Nivel II de procedimiento de diseño sísmico en el Japón 1981
- Ley de Estándares de Edificios (véase la sección 3.2.2 para más detalles). Significativas
sanciones basadas en fuerza (superior diseño de la base tijeras) para el diseño de una
estructura irregular y reducir las incertidumbres asociadas con la respuesta no lineal de
los edificios de estructura irregular. Para obtener información adicional, se remite al lector
al documento ATC - 34.
4.5.1 Factor de Fuerza
La fuerza lateral máxima de un edificio en general superará su resistencia de diseño.
Merovich (inédito) señala que:
"... En general, los miembros están diseñados con la capacidad igual o superior a su carga
de diseño. Si bien el grado en que sus capacidades superan los requisitos de diseño es
una medida de la eficiencia del diseño, todos los diseños ejecutados de forma correcta
contienen cierto grado de sobre-fuerza o exceso de capacidad como consecuencia delproceso de diseño. En algunos casos, la geometría o las disposiciones del código de otros
detalles dictará miembros de mayor tamaño y por lo tanto mayor capacidad que los que
se basaron únicamente en la conformidad con las disposiciones de tensión/fuerza. Para
los miembros que son de tamaño para resistir cargas de gravedad importante, un
porcentaje sustancial de la capacidad global puede estar disponible desde que cargas
reales están probablemente a niveles muy por debajo del tiempo del terremoto... "
El factor de resistencia probablemente dependerá de muchos parámetros, noinmediatamente obvias para los profesionales de diseño. Por ejemplo, los límites del
código de mandato de los entrepisos pueden requerir el uso de tamaños de miembros en
sistemas de estructuras flexibles (largo- periodo) que son mayores que los necesarios
para solo fuerza - que dan lugar a los factores de período-resistencia en función de la
deriva de los sistemas de elaboración limitada. Además, los edificios situados en zonas
sísmicas más bajos probablemente tendrán diferentes valores de resistencia de reserva
de que los de las zonas sísmicas más altos porque la proporción de cargas de gravedad
a la carga sísmica será diferente-resultado en los valores de las zonas dependientes del
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factor de fuerza. Las diferencias en las prácticas de construcción regional y la diferencia
entre la fuerza material real y nominal también afectará el valor del factor de resistencia,
pero de manera menos previsible.
Osteraas y Krawinkler (1990) hizo algunas observaciones cualitativas sobre la fuerza de
reserva probable de los edificios de la siguiente manera.
"... Los pequeños, bajo - lugar (edificios) con particiones no estructurales y los elementos
arquitectónicos, cuyo diseño está controlado por distintas condiciones de carga sísmica
se han elevado (fuerza de reserva) ... El efecto de los tabiques no estructurales ...
disminuye al aumentar la altura, como la escala de los elementos no estructurales se
convierte en pequeño en comparación con la de los elementos estructurales y como la
condición de carga sísmica (controles de las proporciones miembro )..."
Un método para evaluar la fuerza de reserva de un edificio es de la siguiente manera.
Muestra los valores de Rs calculado por diferentes investigadores que están incluidos.
Evaluación de los Factores de Potencia
El análisis no lineal estático (también llamado análisis Empuje (pushover)) puede ser
usado para estimar la fuerza de un edificio o un sistema estructural (ATC, 1982b; Bertero,
1986; Freeman, 1990; Hwang y Shinozuka, 1994; UANG y Bertero, 1986; Whittaker,
1990). El procedimiento utilizado para estimar la fuerza de un edificio es sencillo, perorequiere que el analista seleccione un estado límite de respuesta. Las respuestas típicas
incluyen limitar el sentido entre piso máximo y plástico máximo bisagra de rotación. Los
pasos en el procedimiento son los siguientes:
1. Usando el análisis estático no lineal, la construcción de la relación del
desplazamiento del techo-la base cortante para el edificio.
2. En el desplazamiento del techo correspondiente al estado límite de respuesta, el
cálculo de la fuerza cortante de la base Vo en el edificio. La fuerza de reserva de
la construcción es igual a la diferencia entre el cortante en la base de diseño (Vd)y Vo.
3. Calcular el factor de la fuerza con la siguiente expresión:
=
Este método de evaluar el factor de la fuerza se utilizó para crear las estimaciones de los
factores de resistencia que figuran a continuación. El Apéndice A se muestra el uso de
análisis estático no lineal para la construcción de la relación de cortante en la base y
desplazamiento del techo de un edificio y evaluar el factor de fuerza para la construcción.Las estimaciones de factores de fuerza
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La fuerza de reserva en común de los sistemas de elaboración sísmica ha sido estudiada
por varios investigadores, utilizando el análisis estático no lineal. Los resultados de
algunos de estos estudios se resumen a continuación.
Freeman (1990) informaron factores de fuerza de tres estructuras de acero de tres
momentos de pisos, dos construidas en la zona sísmica 4 y uno de sísmica Zone3. Los
factores de fuerza, después de la modificación de diseño para reflejar la fuerza, fueron
reportados como 1.9; 3.6 y 3.3, respectivamente. Estudios anteriores de Freeman (ATC,
1982b) estima que los factores de la fuerza, de aproximadamente 2,8 y 4,8, para historia-
cuatro y historia -siete estructuras reforzadas momento concreto, respectivamente.
Osteraas y Krawinkler (1990) realizó un estudio detallado de la fuerza de reserva y la
ductilidad en tres sistemas estructurales: estructuras de momento distribuida, estructuras
de momento, el perímetro, y concéntricos estructuras arriostrados. Los sistemas deelaboración fueron diseñados asumiendo (a) las cargas sísmicas por zona sísmica UBC
4 y S2 tipo de suelo, (b) cargas muertas de 70psf, (c) cargas vivas de 30psf, (d) a 3 –
bahías por 5 - plan de construcción de la bahía con 24 pies cuadrados y (e) un período
de elasticidad calculado utilizando una relación simplificada en relación con la altura del
edificio. Osteraas y los factores de fuerza Krawinkler informe que van desde 1,8 hasta 6,5
para los tres sistemas de enmarcado. Para las estructuras de momento distribuido, el
factor de resistencia osciló entre 6,5 en el corto plazo un registro de 2.1 en un período
de 4,0 segundos. Para las estructuras de momento el perímetro, el rango de factor deresistencia entre 3,5 en el corto período - osciló de 1,8 a un período de 4,0 segundos y
para concéntricos estructuras arriostrados, para el factor de resistencia oscilaron entre
2,8 a 0,1 segundos a 2,2 en 0,9 segundos.
Uang y Maarouf (1993) analizaron dos edificios sacudidos por el terremoto de Loma Prieta
en 1989: a 13 - edificios de acero y un estructura de seis-la historia de hormigón armado,
momento de la construcción del perímetro de la estructura. Los factores de fuerza para la
construcción de estos dos, después de la modificación de diseño para reflejar la fuerza,
fueron de 4,0 y 1,9, respectivamente.Hwang y Shinozuka (1994) estudiaron cuatro - historias, hormigón armado, intermedio
edificio de madera situado en el momento USB zona sísmica 2. El diseño de la cortante
para este edificio fue 0.09W. La resistencia lateral máxima del edificio fue calcula en 0.26
W, resultando como factor de fuerza de 2.2 y sino establecen límites a los daños al
sistema de enmarcado. (Si en el nivel de rendimiento seleccionados para el terremoto de
diseño hubo daños en el marco estructural, el factor de resistencia habría sido de
aproximadamente 1.6.).
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La dispersión en los valores reportados para el factor de resistencia es importante y
demasiado grande para ser de mucha utilidad para el diseño de la comunidad profesional.
Es evidente que la coordinación y estudios sistemáticos son necesarios para desarrollar
factores de fuerza de la suficiente fiabilidad para ser incluidos en los códigos de diseño
sísmico. Estos estudios deben llevarse a cabo a nivel nacional para abordar eficazmente
las cuestiones señaladas anteriormente en esta sección.
4.5.2 Factor de Ductilidad
Los parámetros de respuesta sísmica de la capacidad de desplazamiento, la ductilidad, y
la relación de ductilidad están estrechamente relacionados entre sí, pero a menudo de
forma confusa. Por ejemplo, una estructura con una capacidad de desplazamiento en
pequeña ductilidad podría tener una pequeña de ductilidad de relación y un estructuracon una capacidad de desplazamiento de pequeña ductilidad, podría tener una proporción
pequeña pero gran relación de ductilidad.
Tenga en cuenta que la fuerza de las relaciones de desplazamiento para dos estructuras
de construcción de la historia se muestra en la Figura 4.6. La fuerza normalizó las
relaciones del desplazamiento que son idealizados como elástico y plástico, las tasas de
rendimiento de sentido se supone que un 0,2 por ciento (Cuadro A) y 1,0 por ciento
(Cuadro B), y el máximo de relaciones de sentido dentro de la historia se supone que un
1,2 por ciento (Cuadro A ) y el 3,0 por ciento (Cuadro B). La clave de los parámetros derespuesta sísmica se enumera en la Tabla 4.2 a continuación.
Tabla 4.2: Parámetros sísmicos de respuesta para dos Ejemplo Una estructura pisos.
Respuesta de parámetros Estructura A Estructura B
Rendimiento de
movimiento
0.2% 1.0%
Capacidad de movimiento 1.2% 1.5%
Desplazamiento Ductilidad 1.0% 0.5%
Desplazamiento Ductilidad
Ratio
6 1.5
Los valores de los parámetros de respuesta se ven limitadas por el límite de sentido
dentro de la historia de 1,5 por ciento, lo cual es coherente el sentido de los límites
establecidos en la UBC. Los valores de sentido en la Tabla 4.2 se expresan como un
porcentaje de la altura del piso. Estos datos ilustran la importancia de definir los
parámetros de respuesta con respecto a los estados límite específico. Al limitar el sentido
a 1,5 por ciento, el marco rígido (Frame A) es más dúctil y tiene una relación de mayor
ductilidad que la estructura más flexible (Cuadro B). Sin embargo, si se elimina el estado
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límite de sentido, la estructura más flexible tiene una ductilidad mucho más (igual a 2 por
ciento) que en el marco más rígido.
Figura 4.6 Definición de los términos de dos marcos de ejemplo, una historia.
El coeficiente de ductilidad (u) se calcula en el sistema, los pisos, y los niveles de
elemento. En el sistema y niveles de de piso, la relación entre la ductilidad se expresa
normalmente en términos de la relación de la ductilidad de desplazamiento. En el nivel
del elemento, relación de ductilidad puede expresarse en términos de la relación de
deformación de la ductilidad, razón ductilidad de curvatura, y la relación de la ductilidad
de rotación. A los efectos de esta discusión, la relación de ductilidad de desplazamientoa nivel de sistema se utiliza para determinar el factor de ductilidad. El cálculo de la relación
de desplazamiento de la ductilidad de un edificio se demuestra por ejemplo en el Apéndice
A. Se debe reconocer que el factor de ductilidad es una medida de la respuesta no lineal
del sistema de formulación completa y no componentes del sistema de elaboración, con
independencia del parámetro de ductilidad que utiliza.
Suponiendo que las estimaciones fiables de la ductilidad de desplazamiento están
disponibles, el siguiente paso en la estimación del factor de ductilidad es establecer una
relación entre la ductilidad de desplazamiento y el factor de ductilidad. Este paso ha sido
objeto de muchas investigaciones en los últimos años. La relación desarrollada por
Newmark y Hall (1982), y Krawinkler Nassar (1992), y Miranda y Bertero (1994) se
presenta a continuación como información de base para el lector. A pesar de un amplio
consenso aún no se ha logrado conocer el uso de las relaciones que se describen a
continuación, la carta de dos conjuntos de relaciones que mejor se ajusten a los datos
disponibles.
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La investigación de Newmark y Hall
Newmark y Hall (1982) proporcionan las relaciones que se pueden utilizar para estimar el
factor de ductilidad (Ru) para elastico – plastico de SDOF de la siguiente manera.
Para frecuencias encima de 33 hz (períodos debajo de 0.03 segundo)
Rµ = 1.0
Para frecuencias entre 2 hz y 8 hz (períodos entre 0.12 segundo y 0.5 segundo)
Rµ = 2µ 1 Para frecuencias menos de 1 Hz (períodos excediendo 1.0 segundo)
Rµ = µ
La figura 4.7 ilustra la relación de Newmark y Hall para proporciones de ductilidad dedesplazamiento de 2, 4 y 6. Las estimaciones para Ru entre 0.03 segundo y 0.12
segundo, y 0.5 segundo y 1.0 segundo pueden ser interpoladas entre los valores
restrictivos dados por ecuaciones 4-7, 4-8, y 4-9.
Investigación de Krawinkler y nassar
Krawinkler y nassar (1992) desarrolló una relación R µ - µ -T para sistemas SDOF sobre
la roca o sitios de suelo suaves. Ellos usaron los resultados de un estudio estadístico
basado en 15 registros de movimiento de tierra al oeste de los Estados Unidos de
terremotos que se extienden en la magnitud de 5.7 a 7.7. El desarrollo asumido del
amortiguamiento es igual al 5 por ciento crítico, la ecuación de krawinkler y nassar es:
Rµ = [µ 1 + 1 ]
Donde:
C T, α =
1 + +
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Los parámetros de regresión a y b fueron obtenidos para proporciones diferentes valores
de tensión-dureza (llamaron α en la figura 4.9) así:
Note que α es igual al 0 % corresponde a un sistema elástico - plástico. Las relaciones
entre Ru y T para las proporciones de ductilidad de desplazamiento de 2, 4, y 6 son
presentadas en la figura 4.8 para una proporción de tensión-dureza del 10 por ciento.
Krawinkler y nassar también estudiaron las implicaciones de ampliar su relación Ru-u-T
al sistemas de libertad " de múltiple grado " (de MDOF). Tres tipos modelos fueron
a