DISEÑO MULTI-NIVEL DE ESTRUCTURAS BASADO … · COLAPSO ESTRUCTURAL FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE...
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DISEÑO MULTI-NIVEL DE ESTRUCTURAS BASADO EN DESESPLAZAMIENTOS Y CONTROL DE DAÑO Gustavo Ayala Milián Mecánica Aplicada Estructuras y Geotecnia enero 16 y 17, 2012 Reunión Informativa Anual 2011 Auditorio José Luis Sánchez Bribiesca, Torre de Ingeniería, C.U.
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DISEÑO MULTI-NIVEL DE ESTRUCTURAS
BASADO EN DESESPLAZAMIENTOS Y
CONTROL DE DAÑO
Gustavo Ayala Milián
Mecánica Aplicada
Estructuras y Geotecnia
enero 16 y 17, 2012
Reunión Informativa Anual 2011
Auditorio José Luis Sánchez Bribiesca, Torre de Ingeniería, C.U.
ANTECEDENTES
DISEÑO SISMICO MULTINIVEL BASADO EN DESEMPEÑO (MPBSD)
Un verdadero diseño sísmico basado en desempeño
necesita un método de diseño multinivel basado en
desplazamientos.
INCONVENIENTES:
• TASAS DE EXCEDENCIA VS. TASAS DE FALLA
• ¿TASAS DE FALLA UNIFORMES?
Debido a las propiedades inciertas de las
estructuras, estas pueden fallar con sismos menores
al de diseño o resistir ante sismos mayores.
Las tasas de falla son diferentes de las tasas de
excedencia de la demanda, que son las que se
estipulan en las propuestas reglamentarias actuales.
¿CÚAL ES EL PROBLEMA DEL DSBD?
NO ES QUE NUESTRO REGLAMENTO O LOS DE OTROS PAÍSES
NO TENGAN:
• objetivos de diseño
• varios estados límite
• requerimientos de diseño más conservadores para
estructuras importantes.
EL PROBLEMA HA SIDO, ES Y SIGUE SIENDO, EL NO TENER EL
“CÓMO” LOGRARLO
Indice de desempeño (deriva de entrepiso)
Pro
bab
ilid
ad
de e
xced
en
cia
Probabilidad de excedencia del estado límite en 50 años
Diseño A
Diseño B
Completamente
operacional
operacional
Protección
de vidas
Cercano al
colapso
Diseño
aceptable
Diseño no
aceptable
Objetivo de
diseño
DISEÑO MULTI-NIVEL
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO PROPUESTO
SISTEMA DE REFERENCIA
Oscilador de un grado de libertad cuyas características
corresponden a las del modo fundamental, mediante el cual
se aproxima la respuesta inelástica de una estructura de
múltiples grados de libertad.
SMGL: CONTRIBUCIÓN DE MODOS SUPERIORES
FUNDAMENTOS DEL MÉTODO PROPUESTO
Es posible estimar la curva de capacidad del sistema a partir
de los resultados de un análisis modal espectral de un SMGL.
MÉTODO DE DISEÑO MULTINIVEL
0
50
100
150
200
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
R/m
Period
R1/m ≈ Sadb
si
no
γu
Modificar el
periodo inicial de
la estructura
(R1/m – Sadb ) es
“pequeño”
si
R1/m ≥ Sadb
no si no
Modificación de la
distribución de
daño para
incrementar o
reducir α
T1,
Sadb
Sddb
T2,
α,
φ1
SduY μ
R1/m
T1
Trazo de curva de
comportamiento
Espectro de resistencia para μ y α
DISEÑO PARA LA PREVENCIÓN AL COLAPSO
DISEÑO AL COLAPSO EN DSBD
Con el objeto de garantizar la seguridad de los ocupantes
ante eventos extraordinarios, un aspecto fundamental en el
diseño sísmico multinivel es la prevención del colapso global
ante estos eventos.
Los MDSM existentes no consideran de manera explícita el
comportamiento de sistemas degradantes, por tanto carecen
de criterios apropiado para el diseño al colapso en el DSBD.
COLAPSO ESTRUCTURAL
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
El colapso de un sistema estructural ocasionado por un
evento extraordinario se puede representar mediante una
cadena de probabilidades parciales.
( ) ( ) ( ) ( )P C P C D P D E P E
ROBUSTEZ ESTRUCTURAL
Habilidad de una estructura de evitar una evolución al colapso
que genere una falla desproporcionada o total del sistema.
OBJETIVO DEL DISEÑO BASADO EN LA ROBUSTEZ
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
La prevención al colapso se realiza por medio de un control
efectivo de la propagación del daño estructural del sistema.
P C D 0
Lograr estructuras que, ante eventos sísmicos extraordinarios,
sean capaces de evadir el colapso global en condiciones de
degradación severa de resistencia y rigidez.
COMPORTAMIENTO DE SISTEMAS NO LINEALES DEGRADANTES
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
Estructuras sujetas a demandas severas pueden presentar
niveles altos de deformación que den lugar a degradación
severa de resistencia y rigidez.
CAUSAS DE DEGRADACIÓN EN SISTEMAS ESTRUCTURALES
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
Las causas principales de degradación severa de resistencia
y rigidez en un sistema estructural son:
- Efectos P-D
- Ablandamiento de componentes estructurales
- Pérdida de integridad estructural
La consideración de estos efectos en el comportamiento
estructural de edificios no es un problema trivial.
COMPORTAMIENTO DE SMGL CON DEGRADACIÓN
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
Debido a los factores involucrados, el comportamiento de
SMGL degradantes es complejo. Sin embargo, el estudio de
osciladores degradantes de un solo grado de libertad provee
información útil para la comprensión de sistemas complejos.
CARACTERÍSTICAS DE SISTEMAS DEGRADANTES
-En osciladores con el mismo periodo inicial y rigidez de
posfluencia, la resistencia al colapso decrece a medida que la
rigidez lateral decrece.
- En osciladores con el mismo periodo inicial, la resistencia al
colapso que genera inestabilidad dinámica decrece en cuanto
la rigidez de posfluencia se incrementa.
ENFOQUE PROPUESTO DE EVALUACIÓN DE ROBUSTEZ
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
La evaluación de un sistema estructural se realiza mediante
el uso de una curva de capacidad trilineal. De acuerdo con las
características de la última rama se decide si la estructura es
robusta o no.
MÉTODO DE EVALUACIÓN SÍSMICA BASADA EN LA ROBUSTEZ
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
Estable
dinámicamente?
no NO
CUMPLE
μsd > μu Revisión de
capacidades
locales
MÉTODO DE DISEÑO SÍSMICO BASADO EN LA ROBUSTEZ
FUNDAMENTOS DEL CRITERIO DE ROBUSTEZ
αc(PΔ,DA,PI)
Diseño de
elementos
μsd
Estable
dinámicamente?
si
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
Desp
lazam
ien
to ( m
)
Periodo ( S )
µ=2.5,
α=23.6%
no
A
A
EJEMPLO DE DISEÑO
DAÑO DE LA ESTRUCTURA DISEÑADA W
24X
104
W24X
104
W24X
94
W24X
94
W24X
94
W24X
84
W24X
84
W24X
84
W24X
94
W24X
94
W24X
94
W24X
104
W24X
104
W24X
104
W24X
117
W24X
117
W24X
94
W24X
94
W24X
94
W24X
104
W24X
104
W24X
104
W24X
117
W24X
117
W24X
104
W24X
104
W24X
94
W24X
94
W24X
94
W24X
84
W24X
84
W24X
84
W16X26
W16X40
W16X40
W16X36
W16X36
W16X31
W16X31
W16X31
W16X26
W16X40
W16X40
W16X36
W16X36
W16X31
W16X31
W16X31
W16X26
W16X40
W16X40
W16X36
W16X36
W16X31
W16X31
W16X31
a)Estructura diseñada b)Daño propuesto c)Daño obtenido de ADNL
EJEMPLO DE DISEÑO
DESPLAZAMIENTOS DE LA ESTRUCTURA DISEÑADA
a)Servicio b) Último
EJEMPLO DE EVALUACIÓN
RESPUESTA PARA 1.50 VECES LA INTENSIDAD DE DISEÑO
-150.0
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Co
rta
nte
ba
sa
l
Desplazamientos
B
A
a)Histéresis y curva de capacidad b)Distribución de daño obtenida
CONCLUSIONES
-El método propuesto de diseño sísmico multinivel basado en
desplazamientos permite garantizar un objetivo de
desempeño.
-Los conceptos básicos del diseño con robustez utilizados
son consistentes con el criterio de desempeño utilizado en la
práctica actual.
-Es factible concebir un método general de evaluación y
diseño sísmico multinivel basados en el desempeño y la
robustez estructural.
GRACIAS
