ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016) -...
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ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016)
Instituto de Investigaciones Eléctricas
Investigador
Luis Eduardo Pérez Rocha
ANTECEDENTES
MDOC – DS – 1993: Regionalización sísmica (Zonas A, B, C, D)Microzonificación sísmica (Terrenos I, II, III)Espectros Regionales (Tabla de parámetros)
Terreno tipo I
Terreno tipo II
Terreno tipo III
Ts
c
Tc
MDOC – DS – 2008: Mapa continuo de aceleraciones en roca Factores de sitio, respuesta y no linealesEspectros de sitio (variaciones continuas)
r0a
FILOSOFÍA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO
Exploración del subsuelo en función
de la clasificación estructural
Específicos de sitio
Regionales
De aceleración constante
Detallada
Básica
Clasificación estructural
Construcción de espectros de diseño en
función de la clasificación estructural
Grupo: A+, A y B
Clase: I y II
Transparentes (sin factores ajenos al peligro)
Tender correctamente al desplazamiento del terreno
Servicio y colapso para edificios
Espectros de diseño
Clasificación Clase 1 Clase 2
Grupo A+Todas las estructuras de gran importancia del sector energético o
industrial
Grupo AA1: Pertenece o se relaciona
con el sector energético o industrial
A2: No pertenece ni se relaciona con el sector energético o industrial
Grupo BB1: Altura mayor que 13 m o
área en planta mayor que 300 m2
B2: Altura menor o igual que 13 m y área en planta menor
o igual que 300 m2
Clasificación Clase 1 Clase 2
Grupo A+Todas las estructuras de gran importancia del sector energético o
industrial
Grupo AA1: Pertenece o se relaciona
con el sector energético o industrial
A2: No pertenece ni se relaciona con el sector energético o industrial
Grupo BB1: Altura mayor que 13 m o
área en planta mayor que 300 m2
B2: Altura menor o igual que 13 m y área en planta menor
o igual que 300 m2
CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL
EXPLORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO POR ESTRUCTURA
Clasifi
caciónNivel de exploración dinámica del terreno
Caracterización
del terreno
A+ y A1Exploración detallada: Propiedades dinámicas del
perfil estratigráficoMedio estratificado
A2 y B1
Exploración básica: Determinación de periodo,
velocidad de ondas de corte y espesor del depósito
idealizado como manto homogéneo
Tipos de terreno
I, II y III
B2 No requerida Suelo general
Clasifi
caciónNivel de exploración dinámica del terreno
Caracterización
del terreno
A+ y A1Exploración detallada: Propiedades dinámicas del
perfil estratigráficoMedio estratificado
A2 y B1
Exploración básica: Determinación de periodo,
velocidad de ondas de corte y espesor del depósito
idealizado como manto homogéneo
Tipos de terreno
I, II y III
B2 No requerida Suelo general
Hi, Vsi, ii
Roca Vs>720m/s
Se encuentra roca
H=30m
Métodos
directos
Barreno de
exploración
“Cross-Hole”, “Down-Hole”, sonda suspendida, cono sísmico y dilatómetro sísmico.
La determinación de los pesos volumétricos y amortiguamientos se recomiendan las pruebas dinámicas de laboratorio.
Estructuras A+ y A1:
EXPLORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO POR ESTRUCTURA
Hi, Vsi, ii
Roca Vs=1000m/s
Hi, Vsi, ii
Roca Vs=1000m/s
Hp, Vsp, pp
s VAs VA
Hp
Amplitud
espectralMeseta
espectral
+
No se encuentra roca:
Se analizan dos estratigrafías
Inferencia
métodos
indirectos
Estructuras A2 y B1:
EXPLORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO POR ESTRUCTURA
HS
Estudios geotécnicos para el diseño de la
cimentación, prueba de penetración estándar,
sondeo eléctrico vertical y sondeo
electromagnético por transitorios
VS
Prueba de dispersión de ondas, tendidos de
refracción, Down-hole
TS Prueba de vibración ambiental
CasoCombinación
de datos
Determinación
del espesor
Determinación
de la
velocidad
1 HS y VS HS VS
2 HS y TS HS VS =4HS / TS
3 TS y VS HS =VS TS / 4 VS
CasoCombinación
de datos
Determinación
del espesor
Determinación
de la
velocidad
1 HS y VS HS VS
2 HS y TS HS VS =4HS / TS
3 TS y VS HS =VS TS / 4 VS
2m 30m Hs(m)
Terreno II
Terreno III
Terreno I
Vs(m/s2)
720m/s
360m/s
2m 30m Hs(m)
s
ss
v
H4T
Estructuras B2:
Para estructuras B2 no se requiere especificar el tipo de
terreno
VARIACIÓN CONTINUAPROGRAMA PRODISIS (enfoque probabilista):•Aceleración máxima del terreno ( ) o espectro de peligro uniforme para el nivel de referencia ER•Aceleración máxima del terreno o espectro de respuesta para un periodo de retorno especificado
r0a
PELIGRO SÍSMICO EN ROCA
Revisión de fallas locales activas para estructuras A1 y A+ Se debe realizar un estudio de sismotectónica para identificar fuentes sismogénicas activas. En caso de encontrar fallas no consideradas por el programa PRODISIS habrá que tomar en cuenta sus efectos mediante espectros deterministas.
r0a
REGIONALIZACIÓN SÍSMICA
Aceleración máxima del terreno en roca,
correspondiente al nivel de referencia ER (cm/s2)Zona
Intensidad
sísmica
> 200 D Muy Alta
100 < < 200 C Alta
50 < < 100 B Moderada
< 50 A Baja
Aceleración máxima del terreno en roca,
correspondiente al nivel de referencia ER (cm/s2)Zona
Intensidad
sísmica
> 200 D Muy Alta
100 < < 200 C Alta
50 < < 100 B Moderada
< 50 A Baja
r0a
r0a
r0a
r0a
Espectro de respuesta probabilista
Espectro de Referencia (ER). Es el espectro para edificios del grupo B que se toma como nivel de seguridad mínimo (PRODISIS).
Espectro para Periodo de Retorno (EPR). Es el espectro para un periodo de retorno especificado por una norma internacional, nacional o por autoridades competentes, siempre que éste tenga un nivel de seguridad similar o superior al ER.
Espectro de respuesta determinista
Espectro Máximo Creíble (EMC). Es el envolvente de los espectros para cada una de las fuentes sísmicas más desfavorables. Para cada fuente, el espectro se obtiene con la magnitud máxima creíble y la distancia mínima al sitio, considerando el percentil 84 (Ley de atenuación).
ESPECTROS DE RESPUESTA SÍSMICA
ESPECTRO DE RESPUESTA EN ROCA POR ESTRUCTURA
Clasificación ESPECTRO DE RESPUESTA PARA CADA TIPO ESTRUCTURAL FIE
B2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.0
B1 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.0
A2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.5
A1
Alguno de los siguientes espectros (según las especificaciones del proyecto)
a) Espectro probabilista para periodo de retorno especificado EPR 1.0
b) Espectro determinista máximo creíble EMC menor que el EPR para Tr=2475 1.0
c) Espectro probabilista de referencia ER 1.5
d) Envolvente de a, b y c 1.0
A+
Alguno de los siguientes espectros (según las especificaciones del proyecto)
a) Espectro probabilista a periodo de retorno especificado EPR 1.0
b) Espectro determinista máximo creíble EMC menor que el EPR para Tr=10000 1.0
c) Lo que indique una norma oficial nacional o internacional 1.0
d) Espectro probabilista de referencia ER 1.75
e) Envolvente de a, b y d 1.0
f) Envolvente de c y d 1.0
Clasificación ESPECTRO DE RESPUESTA PARA CADA TIPO ESTRUCTURAL FIE
B2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.0
B1 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.0
A2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.5
A1
Alguno de los siguientes espectros (según las especificaciones del proyecto)
a) Espectro probabilista para periodo de retorno especificado EPR 1.0
b) Espectro determinista máximo creíble EMC menor que el EPR para Tr=2475 1.0
c) Espectro probabilista de referencia ER 1.5
d) Envolvente de a, b y c 1.0
A+
Alguno de los siguientes espectros (según las especificaciones del proyecto)
a) Espectro probabilista a periodo de retorno especificado EPR 1.0
b) Espectro determinista máximo creíble EMC menor que el EPR para Tr=10000 1.0
c) Lo que indique una norma oficial nacional o internacional 1.0
d) Espectro probabilista de referencia ER 1.75
e) Envolvente de a, b y d 1.0
f) Envolvente de c y d 1.0
r0ar0a
r0a
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
ce
2
e
c
2
e
c
r
c
b
ceb
r
e
b
bea
ae
a
eoo
TTsiT
T
T
Tk-1k
T
Tc
TTT si;T
Tc
TTTsic;
TTsiT
Ta-ca
a
;
;
g
)Sa(Ta e
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
Parámetros espectrales para estructuras A+ y A1 (Espectros Específicos de Sitio)
1. Determinación del (los) espectro(s) de peligro uniforme en roca según las especificaciones
2. Calcular acelerogramas sintéticos en roca, que cumplan con el contenido energético del EPU
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
Parámetros espectrales para estructuras A+ y A1 (Espectros Específicos de Sitio)
3. Calcular la función de transferencia del sitio 4. Calcular acelerogramas sintéticos en la superficie del suelo
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
Parámetros espectrales para estructuras A+ y A1 (Espectros Específicos de Sitio)
5. Calcular espectros de respuesta en suelo, elásticos e inelásticos, para el amortiguamiento y ductilidades de interés. Calcular los promedios
6. Obtener los parámetros del espectro de diseño deforma que se protejan todas las ordenadas espectrales,para todo y periodo y toda ductilidad
7. Repetir pasos 5 y 6 para otros amortiguamientos
Parámetros espectrales para estructuras A2 y B1 (Espectros Regionales)
g
Faa Sit
r0
0
sRe0 Fac Espectros de diseño para 5% de amortiguamiento estructural
SitF sReF=Factor de Sitio
290
200a0.62.1II)(D,F
100
100a0.32.4II)(C,F
50
50a0.12.5II)(B,F
2.5II)(A,F
r
0Sit
r
0Sit
r
0Sit
Sit
290
200a0.62.2III)(D,F
100
100a0.32.5III)(C,F
50
50a0.12.6III)(B,F
2.6III)(A,F
r
0Sit
r
0Sit
r
0Sit
Sit
290
200a0.63.4II)(D,F
100
100a0.43.8II)(C,F
50
50a0.24.0II)(B,F
4.0II)(A,F
r
0Res
r
0Res
r
0Res
Res
290
200a0.83.8III)(D,F
100
100a0.54.3III)(C,F
50
50a0.34.6III)(B,F
4.6III)(A,F
r
0Res
r
0Res
r
0Res
Res
1(I)F Sit 5.2(I)F Res
Terreno I Terreno II Terreno III
A
D
Terreno I Terreno II Terreno III
A
D
80c,32a r
0
2280c,784a r
0 2058c,735a r
0 1225c,490a r
0
320c,80a r
0 390c,84a r
0
Zona Tipo de
terrenoTa(s) Tb(s) Tc(s) k r
A
I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2
II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3
III 0.4 2.9 2.9 0.5 1
B
I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2
II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3
III 0.4 2.9 2.9 0.5 1
C
I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2
II 0.2 1.5 2.0 1.0 2/3
III 0.2 2.5 2.5 0.5 1
D
I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2
II 0.1 1.4 2.0 1.0 2/3
III 0.1 2.0 2.0 0.5 1
Zona Tipo de
terrenoTa(s) Tb(s) Tc(s) k r
A
I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2
II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3
III 0.4 2.9 2.9 0.5 1
B
I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2
II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3
III 0.4 2.9 2.9 0.5 1
C
I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2
II 0.2 1.5 2.0 1.0 2/3
III 0.2 2.5 2.5 0.5 1
D
I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2
II 0.1 1.4 2.0 1.0 2/3
III 0.1 2.0 2.0 0.5 1
=Factor de Respuesta
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
Parámetros espectrales para estructuras A2 y B1 (Espectros Regionales)
ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
Parámetros espectrales para estructuras B2 (Espectro
de Aceleración Constante)
cg
Saa
g
FFac sReSit
r0
Zona
sísmicaFSit FRes
A 2.7 4.6
B 2.7 4.6
C 2.6 4.3
D 2.4 3.8
Zona
sísmicaFSit FRes
A 2.7 4.6
B 2.7 4.6
C 2.6 4.3
D 2.4 3.8
EstructurasEspectro de respuesta
en roca
Revisión
de fallas
activas
Exploración
dinámica
del terreno
Caracterización
del terreno
Espectros
de diseño
A+, A1
Espectro Probabilista
para periodo de Retorno
Especificado (EPR)
o
Espectro Probabilista de
Referencia (ER)
o
Espectro Determinista
Máximo Creíble (EMC) o
Otra norma o
especificación
o
Envolvente de estos
Si DetalladaMedio
estratificado
Específicos
de sitio
A2, B1Espectro Probabilista de
Referencia (ER)No Básica
Terrenos Tipo
I, II y IIIRegionales
B2Espectro Probabilista de
Referencia (ER)No No requerida Suelo general
Constante
con Te
EstructurasEspectro de respuesta
en roca
Revisión
de fallas
activas
Exploración
dinámica
del terreno
Caracterización
del terreno
Espectros
de diseño
A+, A1
Espectro Probabilista
para periodo de Retorno
Especificado (EPR)
o
Espectro Probabilista de
Referencia (ER)
o
Espectro Determinista
Máximo Creíble (EMC) o
Otra norma o
especificación
o
Envolvente de estos
Si DetalladaMedio
estratificado
Específicos
de sitio
A2, B1Espectro Probabilista de
Referencia (ER)No Básica
Terrenos Tipo
I, II y IIIRegionales
B2Espectro Probabilista de
Referencia (ER)No No requerida Suelo general
Constante
con Te
RESUMEN DE ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO
EJEMPLOS
Ejemplo 1Construir el Espectro Regional para una estructura del grupo B1, que se localiza en la ciudad de Puebla y comparar con MDOC-1993.
De acuerdo a los estudios geotécnicos básicos realizados para la exploración del terreno, se obtuvieron los siguientes resultados:
-Periodo dominante del terreno: -Espesor del depósito de suelo:-Velocidad de propagación de ondas en el estrato de suelo equivalente:
s 5.0Ts m 25Hs
s/m 400vs
TI
TII
TIII
Hs=25 Hs=50
vs = 200
vs = 400 Caso 1 Caso 2
Caso 3
Caso Datos (m)Hs )s/m( vs
Tipo de
terreno
1 m 25Hs y s/m 400vs 25 400 II
2 s 5.0Ts y s/m 400vs 504/TvH sss 400 II
3 m 25Hs y s 5.0Ts 25 200/T4Hv sss III
Terreno tipo III
6327.2100
10082.1164.07.2
100
100a4.07.2F
r0
Sit5
8495.3100
10082.1163.09.3
100
100a3.09.3F
r0
Res
2r0Sit0 s/cm5544.30782.1166327.2aFa
20sRe s/cm94.183,15544.3078495.3aFc
MDOC Zona Tipo de
terreno
ao
(cm/s2)C (cm/s2) Ta (s) Tb (s) Tc (s) k r
1993 B III 196.2 706.32 0.6 2.9 - - 1
2015 C III 307.55 1183.94 0.2 2.0 2.0 0.5 1
EJEMPLOS
Ejemplo 1
Zona C
•El espectro de referencia en roca•Una familia de 10 acelerogramas sintéticos en roca •Obtener la función de transferencia del sitio considerando las incertidumbres en las propiedades del suelo. Clasificar al terreno para fines comparativos•Los acelerogramas sintéticos en la superficie del suelo•Los espectros de respuesta para 5% de amortiguamiento, para la superficie del suelo. Considerar que las estructuras proyectadas pueden diseñarse hasta para una ductilidad de Q=3•El espectro de diseño específico de sitio•Una tabla comparativa con los parámetros de los espectros de diseño que se obtienen sin y con incertidumbres en las propiedades dinámicas del suelo
EJEMPLOS
Ejemplo 2Calcular el espectro de diseño específico de sitio sin considerar factores de importancia estructural (Estructura del grupo B1). Tomar como movimiento en roca al espectro de referencia (ER) que proporciona el programa PRODISIS. Se cuenta con la información detallada del perfil estratigráfico. Obtener:
EJEMPLOS
Ejemplo 2
Espectro de referencia (ER) para un sitio en la ciudad de Puebla.
Estrato h (m) CVh vs (m/s) CVV γs (t/m3) CVγ ζs CVζ
1 1 0.2 177 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15
2 1 0.2 203 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15
3 1 0.2 181 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15
4 1 0.2 211 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15
5 1 0.2 198 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15
6 1 0.2 254 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15
7 1 0.2 311 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15
8 1 0.2 263 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15
9 1 0.2 230 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15
10 1 0.2 263 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
11 1 0.2 235 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
12 1 0.2 273 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
13 1 0.2 256 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
14 1 0.2 287 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
15 1 0.2 308 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15
16 1 0.2 256 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
17 1 0.2 236 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
18 1 0.2 245 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
19 1 0.2 267 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
20 1 0.2 255 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
21 1 0.2 285 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
22 1 0.2 278 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
23 1 0.2 289 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
24 1 0.2 265 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
25 1 0.2 276 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
26 1 0.2 315 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
27 1 0.2 322 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
28 1 0.2 330 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
29 1 0.2 332 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
30 1 0.2 336 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15
∞ - 720 0.5 2 0.2 - -
EJEMPLOS
Ejemplo 2
Propiedades dinámicas del perfil estratigráfico
EJEMPLOS
Ejemplo 2 Espectros de respuesta y diseño, elásticos e inelásticos
Espectro de diseño )s/cm(a 20 )s/cm(c 2
)s(Ta )s(Tb )s(Tc r k b/a
c/a
a) Regional Z B – T III (1993) 196.2 706.32 0.2 2.0 2.0 1 0.5 1
b) Regional Z C – T III (2015) 307.55 1183.94 0.2 2.0 2.0 1 0.5 1.68
c) Específico de sitio 255.06 824.04 0.135 0.4 2.0 1 0.5 1.17
CONCLUSIONES
Se ha descrito la filosofía para la construcción de los espectros de diseño de la nueva versión del Capítulo de Diseño por Sismo del MDOC de CFE. Los puntos más relevantes son:
Clasificación de estructuras por Grupo y Clase (A+, A1, A2, B1 y B2)
Exploración del terreno que depende de la clasificación estructural: Detallada (A+ y A1)Básica (A2 y B1)No requerida (B2)
Espectro de diseño que depende de la clasificación estructural:Específicos de sitio (A+ y A1)Regionales (A2 y B1)Aceleración constante (B2)
Se diseñó un ejemplo para mostrar las diferencias entre los espectros Específicos de sitio, Regionales, y Regionales 1993. El sitio fue Ciudad de Puebla
Muchas gracias