VERIFICACION DEL DESEMPEÑO SISMICO Metodología y …...repartido de los muros en edificios de...

VERIFICACION DEL

DESEMPEÑO SISMICOMetodología y Ejemplos

Ing. Adolfo Gálvez Villacorta, MSc

IX CONVENCION INTERNACIONAL

LIMA – Noviembre 2010

METODOLOGIA

• Antecedentes

• Definición y Necesidad

• Demanda y Peligro Sísmico

• Niveles de Desempeño

• Demandas, Niveles y Daños

• Objetivos de Desempeño

Código de Hammurabi, 760 (AdC)

• ...• 228.- Si un arquitecto hizo una casa para otro y la terminó,

el hombre le dará por honorarios 2 siclos de plata por SAR de superficie.

• 229.- Si un arquitecto hizo una casa para otro, y no la hizo sólida, y si la casa que hizo se derrumbó y ha hecho morir al propietario de la casa, el arquitecto será muerto.

• 230.- Si ella hizo morir el hijo del propietario de la casa, se matará al hijo del arquitecto.

• 231.- Si hizo morir al esclavo del dueño de la casa, dará al propietario de la casa esclavo como esclavo (un esclavo equivalente).

• 232.- Si le ha hecho perder los bienes, le pagará todo lo que se ha perdido, y, porque no ha hecho sólida la casa que construyó, que se ha derrumbado, reconstruirá a su propia costa la casa.

• 233.- Si un arquitecto hizo una casa para otro y no hizo bien las bases, y si un nuevo muro se cayó, este arquitecto reparará el muro a su costa.

• …

El DESEMPEÑO ya era deseado y exigido…

Referencia: FEMA 451

METODOLOGIA

• Antecedentes






¿QUE ES EL DESEMPEÑO?

• Es una declaración CUALITATIVA, de una NECESIDAD HUMANA, usualmente en la forma de un atributo, que una entidad física, proceso o persona debe poseer y demostrar.

• Caracterización, Medida y Predicción son conceptos fundamentales y necesarios para enunciar dicha declaración.

PRESCRIPTIVO VERSUS DESEMPEÑODos Polos Opuestos…

• PRESCRIPTIVO

• 21.10.2 Diseño de Muros

• 21.10.2.1 Las fuerzas de diseño y los espesores mínimos de los muros se ajustarán a lo dispuesto en 21.9.2 y 21.9.3.

• 21.10.2.2 El refuerzo distribuido horizontal y vertical se ajustará a lo dispuesto en 21.9.4 con las siguientes salvedades:

• i. Se podrá usar malla electrosoldada como refuerzo repartido de los muros en edificios de hasta 3 pisos y, en el caso de mayor número de pisos, se podrá usar mallas sólo en los pisos superiores, se deberá usar acero que cumpla con 21.3.3 en el tercio inferior de la altura.

• ii. El requisito de 21.9.4.3.b podrá obviarse.

• 21.10.2.3 Si se usa malla electrosoldada, para el diseño de muros, deberá emplearse como esfuerzo de fluencia, el valor máximo de fy = 420 MPa.

• DESEMPEÑO

• Se debe cumplir con suministrar un nivel aceptable de probabilidad de colapso frente a cargas extremas.

• Un sistema estructural es satisfactorio si su probabilidad de colapso frente a un peligro sísmico con 2% de probabilidad de ser excedido en 50 años, es igual o menor al 10%.

¿Por que usamos lo Prescriptivo?

• Es SIMPLE de Diseñar.• Es SIMPLE de Verificar.• A veces lo simple puede resultar

económico.• No necesitamos Re-Inventar la

Rueda o la Pólvora en cada Proyecto.

• Una vez que lo aprendemos, no necesitamos aprender nuevamente, en un largo periodo de tiempo…

¿Puntos Débiles de lo Prescriptivo?

• La perdida de RACIONALIDAD nos lleva a perder habilidades para enfrentar los cambios.

• Cuando se pierde la capacidad de Innovar, terminamos enfrentando perdidas económicas.

• La perdida de Racionalidad también nos lleva a incumplir nuevos principios desarrollados.

¿Puntos Débiles del Desempeño?

• Criterios Cuantitativos– Difíciles de Desarrollar

– Difíciles de Consensuar

• Procedimientos de Evaluación:– La capacidad de MEDICION es la

clave; debemos encontrar como medir, sea analíticamente o experimentalmente, los parámetros importantes.

INGENIERIA BASADA EN DESEMPEÑO

• El Desempeño intenta limitar las CONSECUENCIAS a limites aceptables de uno o mas peligros considerados.

• Los Peligros considerados:– Viento

– Fuego

– Nieve

– Cargas Vivas Extremas

– TERREMOTOS

Todo Diseño BUSCA conseguir un Desempeño que …

• Proteja la SEGURIDAD PUBLICA, minimizando el riesgo de que:– Se presenten incendios

incontrolables

– Se Produzcan COLAPSOS estructurales

– Se diseminen enfermedades

• Limite el MALESTAR de los ocupantes expuestos a:– Ruidos

– Vibraciones

– Clima

La Mayoría de Normas no buscan Desempeño

• Las Normas típicamente PRESCRIBEN reglas de Diseño y Construcción:– Creyéndose capaces de

obtener el desempeño esperado …

– Mayormente apoyadas en desempeños anteriores inadecuados o fallidos …

Los que Seguimos estas Normas …

• Aprendemos a SEGUIR reglas pero eso nos lleva a que:– No conocemos de donde vienen las

reglas.– No Sabemos PORQUE las reglas

requieren ciertas prescripciones.– No ENTENDEMOS el desempeño

buscado.– No SABEMOS CAMBIAR las reglas para

buscar otros desempeños.– Nos cambian las reglas y nos

quedamos en la mayor orfandad …– NO SABEMOS QUE HACER CUANDO

NOS MUEVEN EL QUESO …

El Diseño Basado en Desempeño …

• Requiere entender:– El Desempeño deseado.

– La relación entre las características del diseño y el desempeño.

• Obliga al Diseñador a PREDECIR el desempeño esperado dado que un evento de diseño se ha presentado.

LIMITACIONES NORMA SISMORRESISTENTE E.030• Solamente UN NIVEL (Seguridad de Vida) de

DESEMPEÑO es verificado.

• Solamente un nivel de Peligro (Espectro de Diseño) Sísmico es aplicado.

• Análisis Lineal, Estático o Dinámico, que no incorpora las incertidumbres de las respuestas por desplazamiento, siendo bastante acertadas las respuestas por resistencias.

• No hay Criterios de Respuesta Local para definir aceptación.

VENTAJAS DEL DSBD

• Múltiples Niveles de Desempeño son verificados.

• Múltiples Niveles de Peligro Sísmico son aplicados.

• Suelen usarse Análisis No Lineales.

• Criterios de Aceptación local detallados:– Para Elementos Estructurales.

– Para Elementos No Estructurales.

INGENIERIA SISMICABASADA EN DESEMPEÑO

Paso 1MODELO

ESTRUCTURAL

Paso 2DEMANDA

PELIGRO SISMICO

Paso 3RESPUESTA

ESTRUCTURAL

Paso 4VERIFICACION DEL DESEMPEÑO ESTRUCTURAL

>>>>>>>> SEGÚN OBJETIVO de DESEMPEÑO <<<<<<<<

DESEMPEÑOS OBJETIVOS

• INGENIERO:

• El Peligro y el Desempeño deben de poder ser CUANTIFICABLES

Para que el Diseño Sísmico Basado en Desempeño sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas

DESEMPEÑOS OBJETIVOS

• CLIENTE:

• El Peligro debe ser entendible y el Desempeño debe ser entendible y útil.

Para que el Diseño Sísmico Basado en Desempeño sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas

METODOLOGIA

• Antecedentes






PELIGRO SISMICO

El DISEÑO debe de dotar de Resistencia, Rigidez, Redundancia y Capacidad de Disipación de Energía a la estructura para enfrentar La INTENSIDAD y los CONTENIDOS DE FRECUENCIA del movimiento del suelo.

PELIGRO SISMICO

• Determinístico:– Sismo de Magnitud “x”

causado por la falla “y”

• Probabilístico:– Evento de Diseño con

“x” % de probabilidad de ser excedido en “y” años

PELIGRO DETERMINISTICO

Es sencillos de entender, pero existe una INCERTIDUMBRE considerable acerca de cuan fuerte el movimiento asociado al evento, puede ser.

PELIGRO PROBABILISTICO

• Necesitamos que El Cliente piense en forma Probabilística.

• Ya lo hace en los siguientes casos:– Costo Probable de Alquileres

– Costo Probable de Construcción.

– Retorno Probable de la Inversión.

– Probable duración del Proyecto.

COSTA PERUANA

METODOLOGIA

• Antecedentes






NIVEL DE DESEMPEÑO

• Dado que el evento ”Peligro Sísmico” ha ocurrido, es el daño aceptable que la respuesta estructural implica.

NIVEL DE DESEMPEÑO Respuestas Esperadas

• PROPIETARIO / CLIENTE– ¿Quedará SEGURO el Edificio?

– ¿Podre USARLO después del Sismo?

– ¿Cuánto COSTARA Repararlo?

– ¿Cuánto DURARA la Reparación?

• INGENIERO– El Edificio, cuanto mostrará de:

• Fluencia y Agrietamiento

• Pandeo y Deformación Permanente

• Daños Estructurales y No Estructurales

NIVELES COMUNES EN ELDESEMPEÑO

TOTALMENTEOPERATIVO

OCUPACIONINMEDIATA

SEGURIDADE VIDA

PREVENCIONCOLAPSO

DAÑO O PERDIDA0% 99%

NIVELOPERACIONAL

• DAÑO Estructural y No Estructural DESPRECIABLE.

• Ocupantes Seguros durante Evento.

• Líneas de Vida disponibles.

• Listo para usar, algo de limpieza.

• Perdidas < 5% V. Reposición.

NIVELOCUPACION INMEDIATA

• DAÑO Estructural despreciable; Daño No Estructural mínimo.

• Ocupantes Seguros durante Evento.

• Líneas de Vida interrumpidas pero re conectables.

• Seguro de Ocupar, pero funcionalidad podría no ser inmediata.

• Perdidas < 15% V. Reposición.

NIVELSEGURIDAD DE VIDA

• DAÑO Estructural significativo; Daño No Estructural muy extenso.

• Pueden Ocurrir Victimas, ~1/100.000 afectados.

• Líneas de Vida interrumpidas.

• No Ocupar hasta reparar.

• Perdidas < 30 % V. Reposición.

NIVELPREVENCION DE COLAPSO

• Daño Estructural y No Estructural casi completo, Colapsos Esperados ~4/100.000 unidades.

• Se Presentan Victimas Mortales, ~1/100.000 afectados.

• Líneas de Vida interrumpidas.

• Reparar puede ser poco practico y anti económico.

• Perdidas >> 30 % V. Reposición.

PISCO 15-AGOSTO-2007INFORMALIDAD = MAYOR RIESGO

Victimas x 100.000 Habitantes

58

27

306

ChinchaIcaPisco

Es difícil emitir un juicio de valor, sobre que Provincia de la Región de ICA presenta mas nivel de informalidad en la vivienda.

Suponemos que la Informalidad es mayor en Chincha y en Pisco que en Ica.

De ser así, la informalidad significa un riesgo de muerte de 100 a 700% mayor y un riesgo de colapso de 90 a 110% mayor.

La INFORMALIDAD:Cuesta y Mata

Colapsos x 100.000 Viviendas

33,600

16,470

31,000 ChinchaIcaPisco

Fuente INDECI y Autor

ComparemosColapsos 4 versus 31.000 / 100.000

Muertes 1 versus 306 / 100.000

METODOLOGIA

• Antecedentes






D

F

Frecuente50% - 50 a

Raro10% - 10 a

Muy Raro2% - 50 a

Ocasional20% - 50 a

NIVELES DE DEMANDA SISMICACon

NIVELES DE DESEMPEÑO

NIVEL

DEL

DAÑO

PÓRTICOSDÚCTILES

PÓRTICOSNO

DÚCTILES

PÓRTICOSRELLENOS

CONALBAÑILERÍA

MUROSDÚCTILES

MUROSCHATOS

MUROSDE

DUCTILIDADLIMITADA

ALBAÑILERÍACONFINADA

NULO <0.20 <0.10 <0.10 <0.20 <0.10 <0.05 <0.04REPARABLE

LIGERO

MODERADO

0.40

<1.00

0.20

<0.50

0.20

<0.40

0.20

<0.80

0.20

<0.40

0.15

<0.30

0.10

<0.20IRREPARABLE

(> Fluencia)>1.00 >0.50 >0.40 >0.80 >0.40 >0.30 >0.32

SEVERO

(Colapso Parcial)1.80 0.80 0.70 1.50 0.70 0.50 0.40

COLAPSO >3.00 >1.00 >0.80 2.50 >0.80 >1.00 >0.50

Deformaciones (%) de Entrepiso y Daños Asociados

NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL

Ope

rativ

oSe

gurid

adVi

daPr

even

ción

Col

apso

Col

apso

METODOLOGIA

• Antecedentes






50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a

Operacional

Ocupación Inmediata

SeguridadDe Vida

Prevención de Colapso

OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica

Incr

emen

to d

el D

esem

peño

50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a

Operacional


SeguridadDe Vida Norma

E.030



Incr

emen

to d

el D

esem

peño

50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a

Operacional


SeguridadDe Vida Norma

E.030


ATC-63

ATC-58


Incr

emen

to d

el D

esem

peño

EJEMPLOVERIFICACION SISMICA

BASADA EN DESEMPEÑO

Pórtico No DúctilDe

Concreto Armado

PASO 1: Modelo Estructural

PASO 1: Modelo EstructuralCurva F - D

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

-0.0

2

-0.0

18

-0.0

16

-0.0

14

-0.0

12

-0.0

1

-0.0

08

-0.0

06

-0.0

04

-0.0

02 0

0.00

2

0.00

4

0.00

6

0.00

8

0.01

0.01

2

0.01

4

0.01

6

0.01

8

0.02

Drift

Fuer

za, k

N

d/L = 7.64ρ = 0.01

P/A f'c = 0.33

PASO 1: Modelo EstructuralCurva F - D

02468

1012141618202224262830323436384042444648505254565860

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

Desplazamiento, mm

Fuer

za, k

N

(4.6,23.5)

(14.3,43.9)(28.7,51.5)

(34.6,29.1)

Ko=23.5/4.6=5.108

α=[(43.9-23.5)/(14.3-4.6)]/5.108=0.411

β =[(51.5-43.9)/(28.7-14.3)]/5.108=0.103

γ =[(29.1-51.5)/(34.6-28.7)]/5.108=-0.743

u=28.7/14.3=2.0

PASO 2: PELIGRO SISMICO Registro Directo

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duración, seg.

Ace

lera

ción

, gal

s.

PASO 2: PELIGRO SISMICO FRECUENTE

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.

Ace

lera

cion

, gal

s.

PASO 2:PELIGRO SISMICO OCASIONAL

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.

Ace

lera

cion

, gal

s.

PASO 2:PELIGRO SISMICO RARO

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.

Ace

lera

cion

, gal

s.

PASO 2:PELIGRO SISMICO MUY RARO

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.

Ace

lera

cion

, gal

s.

PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - FRECUENTE

PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - OPERACIONAL

PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - RARO

PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL – MUY RARO

Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO

Paso 3:RESPUESTA NORMA versus MODELO

Paso 4:VERIFICACION DEL DESEMPEÑO

NIVELDESEMPEÑO

DEMANDA(DRIFT %)

CAPACIDAD(DRIFT %)

¿CUMPLE?

Min Max Media Geométrica

Operacional 0.50 0.93 0.67 0.20 ¡NO!O Inmediata 0.68 1.62 0.86 0.50 ¡NO!

S de Vida 0.74 1.51 0.97 0.80 ¡NO!P de Colapso 1.14 2.80 1.79 1.00 ¡NO!

EJEMPLODISEÑO BASADO EN DESEMPEÑO

Estructura Metálica

Paso 1

Paso 2 /3Curva de Capacidad

MDOF Global/ID vs SDOF Global vs. E.030

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070

Drift

Cor

tant

e B

asal

, Kip

C Capacidad SDOF

MDOF GLOBAL

MDOF MAX ID

Global E.030

ID Max E.030

Max ID Permitido E.030

Push Over MDOF

Paso 4

NIVELDESEMPEÑO

DEMANDA(DRIFT %)

CAPACIDAD(DRIFT %)

¿CUMPLE?

Min Max Media Geométrica

O Inmediata 0.40 0.61 0.49 0.50 ¡SI!S de Vida 0.51 0.90 0.67 1.50 ¡SI!

P de Colapso 1.09 3.10 1.96 2.00 ¡SI!

Pendientes

• Análisis Dinámico Incremental

• Fragilidad de Colapso (ATC – 58)

• Determinación del Parámetros de Modificación de Respuesta Sísmica (ATC – 63)– “R” Factor Reducción de Fuerza Elástica

– “µy” Factor Amplificación Desplazamiento

GRACIAS

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