VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA ÚLTIMA EN EDIFICIOS · 2020. 7. 29. · toda su resistencia y...

VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA ÚLTIMAEN EDIFICIOS

Javier Piqué del PozoJavier Piqué del Pozo

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Art. 3. Filosofía y Principios del diseño sismorresistente

La filosofía del diseño sismorresistente

consiste en:

•a. Evitar pérdidas de vidas

•b. Asegurar la continuidad de los servicios

básicos

•c. Minimizar los daños a la propiedad.


Art. 3 Filosofía y Principios del diseño sismorresistente

a) La estructura no debería colapsar, ni causar graves daños a las personas debido a movimientos sísmicos severos que puedan ocurrir en el sitio. (estado último)

b) La estructura debería soportar movimientos sísmicos moderados, que puedan ocurrir en el sitio durante su vida de servicio, experimentando posibles daños dentro de límites aceptables. (estado de serviciabilidad )


Cotante de diseño en la base

Elastic Behavior

Inelastic Behavior

Real V earthquake= V=ZUSC

V design

∆ actual∆ analysis

R

∆ (LateralDisplacement)

V = Base shear

VZUSC

RP=


La necesidad de ductilidad

V

(Frágil)

(Dúctil)R2

R1

∆

ZUSCV = P

PZUSC

1

V =2

R1

2R


Serviciabilidad Completa: Sólo daños menores.

Serviciabilidad o funcionalidad: Sólo ocurrió daño estructural menor. La estructura conserva casi toda su resistencia y rigidez original.

Protección de Vida: Ocurrió daño estructural y no estructural significativo. La edificación ha perdido significativamente su rigidez original, pero conserva alguna resistencia lateral y marginal al colapso.

Cerca al Colapso: Un estado de daño límite en el cual un daño sustancial ha ocurrido. La edificación ha perdido la mayoría de su resistencia y rigidez original y tiene un pequeño margen contra el colapso.

Niveles de desempeño SEAOC


Objetivos de desempeño:(Combinación de nivel de desempeño y nivel del

sismo)1) Objetivo básico” para una edificación nueva regular (mínimo)2) Objetivos “mejorados” o de riesgo para edificaciones esenciales como hospitales.

3) Objetivo de seguridad crítica para edificaciones que contienen materiales peligrosos y proceso de materiales nucleares


Comportamiento elástico bajo cargas de servicioMantenimiento de la funcionalidad bajo terremotos moderadosPreservar vidas bajo un terremoto esperado máximoEstabilidad estructural bajo terremotos extremos

Objetivo básico. SEAOC

Totalmente

Operacional OperacionalAsegura la

Vida

Cerca al

Colapso

Comportamiento

Inaceptable

(para construcciones nuevas)

Niv

el d

el S

ism

o d

e D

iseñ

o

Frecuente

(43 años)

Ocasional

(72 años)

Raro

(475 años)

Muy Raro

(970 años)

Objetivo B

ásico

Nivel de Comportamiento Sísmico Esperado

Objetivo de R

iesgo Esencial

Objetivo de Seguridad C

rítica

Objetivos (Vision 2000)

Hay procedimientos aceptables para la estimación de la resistencia última?

Normas vigentes aseguran realmente que no ocurrirá colapso?Cuales son los procedimientos para la determinación (verificación) de la resistencia última?El estado actual ha desarrrollado procedimientos que estiman la resistencia última dentro de límites aceptables

COLAPSOS EN EDIFICIOS MODERNOS

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNISan Fernando (L.A.) 1971


Kobe, 1995Kobe, 1995


Kobe, Kobe, JapanJapan, 1995, 1995

5o piso de un hospital de 8 pisos colapsó, enterrando a 50 personas


Turquía, 1999: 25,000 muertosTurquía, 1999: 25,000 muertos


Turquía, 1999Turquía, 1999


Peru 2007: Hotel Embassy.

DISEÑO POR CAPACIDAD

Diseño para evitar el colapso


Diseño por capacidad

OBJETIVO:

Conseguir una estructura extremadamente tolerante a los desplazamientos impuestos por el sismo


Analogía de la

Cadena dúctil

DEFINICIÓN DE RESISTENCIAS

Ideal o Nominal, Si o Pi

Ejemplo: Mui = As fy ( d - a/2 )

Confiable, Sd o Pd

Ejemplo: Mud = ϕ As fy ( d - a/2 )

Sobre-resistencia o Resistencia real, So o Po

Ejemplo: So= λo Si

FUENTES DE SOBRE-RESISTENCIA

• Calidad del Concreto • Endurecimiento por Deformación del Acero

• Sección

• Refuerzo mínimoreal

supuesto

f’c

δ

fy

δ

Pi Pi > PE/ φPi s Pi Pi s

eslabones frágiles eslabones frágileseslabón dúctil

n eslabones

frágileseslabón dúctil cadena dúctil

+

+

Sobrerresistencia ,

eslabón frágil

Pi s > Po Po

Pi s

PoPiPi

∆ 1 n ∆

1 + ∆ 2

∆ 2

∆’1

∆’ = n ∆’1 + ∆’2

∆’2



1. Escoger un mecanismo inelástico

racional y cinemáticamente admisible, e

identificar claramente los lugares donde

habrá disipación de energía

2. El mecanismo escogido debe ser tal que

la ductilidad necesaria pueda ser

desarrollada con la mínima demanda de

rotación inelástica en las rótulas plásticas.



3. Una vez que se ha seleccionado el

mecanismo inelástico adecuado, las

zonas para disipación de energía

(rótulas plásticas) se determinan con

un alto grado de precisión. Estimar

aproximadamente las demandas de

ductilidad en estas rótulas plásticas

∆ ∆

θ1 θ2

θ1 << θ2

Comparación de mecanismos de disipación de energía

Piso blando y pórtico con

algunas columnas débiles

DEBE EVITARSE ACEPTABLE

Pórtico dúctil

DESEABLE ACEPTABLE

Pórticos y muro con

pórtico

ACEPTABLE ACEPTABLE

DESEABLE DESEABLE

Placas sin vigas y con

vigas


Diseño por capacidad (cont.)

4. Debido a la incertidumbre en el

movimiento real del terreno los

análisis para las acciones de otras

cargas no tienen porque ser

excesivamente precisos

5. Hacer una redistribución inelástica

estáticamente admisible para máxima

economía

Refuerzo asimétrico

M u tracción

M u compresión

D + L + E

M ut > M uc

M uc

M ut

elástico


Diseño por capacidad (cont.)

6. Evaluar máximas acciones posibles

en cada rótula considerando su

sobrerresistencia

7. Diseñar los elementos adyacentes

para resistir elásticamente estas

acciones con sobrerresistencia

8. Detallado para la construcción de

las regiones plásticas

ANALISIS INELÁSTICO

Para determinar que mecanismo de colapso se formará y cual será

la demanda de ductitlidad.

La resistencia es una variable que interviene en el anállisis


Modelos para el análisis estructural

y

z

z

z

yy

i

j

x

ACERO DE REFUERZO

CONCRETO

confinado

no confinado

Distribución de la flexibilidad

Valor Elástico

Punto de InflexiónElemento viga-columna

- Modelos simplificados

- Modelos de plasticidad

concentrada.

- Modelos de elementos finitos

- Modelos fibra.

- Modelos de Histéresis


Rótula puntual: Fluencia Aparente

200

100

0

-100

-200-100 500 100-50

200

100

0

-100

-200-100 500 100-50

Desplazamiento horizontalextremo superior de columna (mm).

ExperimentoModelo de Clough

MM

ϕϕϕϕFluenciaFluencia

ϕϕaparenteaparente

MyMy

MaparenteMaparente

MultimoMultimo

ϕϕultimoultimo


HORIZONTAL

FRONT

LATERALX

ZY

SISTEMA: Kg/cm

Sección Tipo Mcr ϕcr My ϕy Mu ϕuC. Ductilidad

por momentos

1 SUP 213,999.38 0.0000074 502,346.72 8.15886E-05 546,701.01 0.000564556 32.901 INF 218,554.83 0.0000076 737,375.40 8.78067E-05 783,745.00 0.000489913 19.412 SUP 211,701.78 0.0000073 502,493.81 8.20625E-05 545,570.50 0.000582826 33.94

SISTEMA: Kg/cm

Sección Tipo 1ª pendiente 3ª Pendiente Ratio % 3ª/1ªC. Ductilidad

trilinealMy ϕy

1 SUP 28,933,333,333.33 91,837,124.18 0.003 0.32 6.92 496,429.57 1.71577E-051 INF 28,933,333,333.33 115,316,890.74 0.004 0.40 5.58 730,159.93 2.52359E-052 SUP 28,933,333,333.33 86,022,026.25 0.003 0.30 7.10 496,912.00 1.71744E-05

Fluencia Aparente

Propiedades inelásticas de los pórticos analizadosPropiedades inelásticas de los pórticos analizados


CORTANTES MAXIMOS

Portico 4

0

1

2

3

4

0 100 200 300

CORTANTE (KN)

PIS

O

Lineal

Modal

Potencia

´

Corte vs Distorsión RESUMENLINEAL

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60

distorsión

cort

e

nivel 1

nivel 2

nivel 3

nivel 4

Corte vs Distorsión RESUMENMODAL 3

0

50

100

150

200

0 20 40 60

distorsión

cort

e

nivel 1

nivel 2

nivel 3

nivel 4

Corte vs Distorsión RESUMENPOTENCIA 2

0

50

100

150

200

250

0 20 40 60

distorsión

cort

e

nivel 1

nivel 2

nivel 3

nivel 4

Despla. de entrepiso Despla. de entrepiso Despla. de entrepiso

Corte vs desplazamiento de entrepiso Corte vs desplazamiento de entrepiso Corte vs desplazamiento de entrepiso

Análisis Inelástico Estático Incremental


POTENCIA

PORTICO 6 - BILINEAL

MODAL 3LINEAL POTENCIA

PORTICO 4 - BILINEAL

MODAL 3LINEAL

PORTICO 4 - TRILINEAL

LINEAL MODAL 3 POTENCIA

MODAL 3LINEAL POTENCIA

PORTICO 6 - TRILINEAL

Lugares donde se presentan rótulas plásticas(Análisis Inelástico Estático Incremental)


Secuencia de la formación de las rótulas plásticasTRILINEAL

p4 p6 p8


Acelerogramas usados en el análisis

dinámico inlásticoR E G IS T R O D E A C E L E R A C IO N E S L IM A ,P E R U , I .G .P . 1 0 /1 7 /6 6 C O M P N 0 8 E

-1 .5

-1

-0 .5

0

0 .5

1

1 .5

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0

T IE M P O (s e g u n d o s )

AC

EL

ER

AC

ION

UN

ITA

RIA

REGISTRO DE ACELERACIONESLIMA, PERU, I.G.P. 05/31/70 COMP N82W

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

TIEMPO (segundos)

AC

EL

ER

AC

ION

UN

ITA

RIA

LIMA – 1966

LIMA - 1970

LIMA - 1974

R E G IS T R O D E A C E L E R A C IO N E SL IM A , P E R U , I.G .P . 1 0 /0 3 /7 4 C O M P N 8 2 W

-1 . 5

-1

-0 . 5

0

0 . 5

1

0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0

T I E M P O (se g u n d o s)

AC

EL

ER

AC

ION

UN

ITA

RIA


10ml_pl_p470104.xls

Momento Izq vs Curvatura Izq VIGA 1

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

-0.00001 -0.000005 0 0.000005 0.00001

curvatura Izquierda

mo

men

to i

zq

uie

rda

Momento Izq vs Curvatura Izq VIGA 2

-80000

-60000

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

-0.00001 -0.000005 0 0.000005 0.00001

curvatura Izquierda

mo

men

to i

zq

uie

rda

Figura 6.26a.

Relación Momento-Curvatura con una aceleración de 600gals y modelo Bilin

Relación Momento-Curvatura con una aceleración de 600gals y modelo de Clough

Relación Momento-Curvatura con una aceleración de 600gals y modelo Trilineal


Corte vs Distorsión NIVEL 1

-300

-200

-100

0

100

200

300

-10 -5 0 5 10 15

distorsión

co

rte


-200-150-100-50

050

100150200250

-10 -5 0 5 10 15

distorsión

co

rte


-150

-100

-50

0

50

100

150

200

-10 -5 0 5 10

distorsión

co

rte


-100

-50

0

50

100

-6 -4 -2 0 2 4 6

distorsión

co

rte

desplazamiento de entrepisodesplazamiento de entrepiso desplazamiento de entrepiso desplazamiento de entrepiso

Corte vs. desplazamiento de entrepiso

NIVEL 1Corte vs. desplazamiento de entrepiso

NIVEL 2

Corte vs. desplazamiento de entrepiso

NIVEL 3

Corte vs desplazamiento de entrepiso

NIVEL 4

Relación fuerza cortante vs. desplazamiento de entrepiso(pórtico p4 sismo 1970 aceleración 600 gals)


TRILINEAL

Lugares donde ocurrieron rótulas plásticas


Secuencia de Formación de rótulas plásticas

Pórtico 4 – Sismo 66 – Acel 400gals

Pórtico 4 – Sismo 66 – Acel 600gals

EDIFICIOS CON MUROS DE CORTE

Verificar la resistencia última:

Determinar si el mecanismo de colapso es estable


Edificios analizados

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNIVista en Planta

Primer piso


Malla

Electrosoldada

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNIModelo


• Resorte de flexión• Resoste de cortante

Macromodel Macromodel

kflexionkcorte

axialk

Modelo Inelástico


M1

M23

M45

M67

M89

ϕ

M

ϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

Mϕ

M

M1

M23

M45

M67

M89

V

γ

γ

V

γ

V

γ

V

γ

V

Corte-distorciónMomento-curvatura


3-X

7-X

1-X

1-Y

5-Y

2-X

3-Y

9-X

10-X

2-Y

13-X

6-Y4-Y 16-Y

Primer piso

11-Y8-Y 15-Y12-Y

17-X

14-X

9-Y

10-Y7-Y

18-X

14-Y

15-X

13-Y

4-X 5-X

18-Y

19-Y

6-X

22-Y

16-X

11-X

8-X 21-Y

20-Y17-Y

12-X

19-X

Modelos Inelásticos


Coeficiente de cortante basal vs Distorsión global

Dirección longitudinal

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Distorsión global (%)

(desp. Ultimo piso / altura del edificio)

Co

ef.

co

rta

nte

ba

sa

l: V

/W

muro19-primera f luencia-parte inferior muro19-fluencia de la sección- parte inferior

falla muro19 por f lexión


M13 M13 M13 M13 M13 M13

M35 M35 M35 M35 M35 M35

M57 M57 M57 M57 M57 M57

M79 M79 M79 M79 M79 M79

M101 M101 M101 M101 M101 M101

Coef. base: V/W = 0.3200 Coef. base: V/W = 0.3349 Coef. base: V/W = 0.3825


M13 M13 M13 M13 M13 M13

M35 M35 M35 M35 M35 M35

M57 M57 M57 M57 M57 M57

M79 M79 M79 M79 M79 M79

M101 M101 M101 M101 M101 M101



M13 M13 M13 M13 M13 M13

M35 M35 M35 M35 M35 M35

M57 M57 M57 M57 M57 M57

M79 M79 M79 M79 M79 M79

M101 M101 M101 M101 M101 M101



M13 M13 M13 M13 M13 M13

M35 M35 M35 M35 M35 M35

M57 M57 M57 M57 M57 M57

M79 M79 M79 M79 M79 M79

M101 M101 M101 M101 M101 M101




CONCLUSIONES

Las rótulas plásticas aparecen mayormente en los mismos lugares tanto para el análisis inelástico estático o dinámico. La incursión inelástica siempre comienza en los niveles más bajos y se propaga hacia arriba

Hay procedimientos disponibles para verificar la resistencia última de edificios, tanto estáticos (incremental, tipo “push over”) como dinámicos y poder conocer si habrá o no colapso.

Como la carga sísmica es cíclica, la deggradación de resistencia y rigidez se incrementa para grandes deformacións y el análisis inelástico estático (push over) puede sobreestimar la resistencia última.


Usar una estrategia orientada a lograr un mecanismo último estable (diseño por capacidad) parece el proceso más lógico para asegurar edificios seguros bajo sismos severos.En edificios de muros la respuesta puede estar controlada por la resistecnia a la flexión, en muro gruesos, pero por la resistencia al corte puro en muros delgados. Esto último puede conducir a fallas frágiles. Como la carga sísmica es cíclica, la deggradación de resistencia y rigidez se incrementa para grandes deformacións y el análisis inelástico estático (push over) puede sobreestimar la resistencia última.

CONCLUSIONES

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