CONFERENCIA DESEMPEÑO SISMICO

VERIFICACION DEL

DESEMPEO SISMICOMetodologa y Ejemplos

Ing. Adolfo Glvez Villacorta, MSc

IX CONVENCION INTERNACIONAL

LIMA Noviembre 2010

METODOLOGIA

Antecedentes Definicin y Necesidad Demanda y Peligro Ssmico Niveles de Desempeo Demandas, Niveles y Daos Objetivos de Desempeo

Cdigo de Hammurabi, 760 (AdC)

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

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

229.- Si un arquitecto hizo una casa para otro, y no la hizo slida, y si la casa que hizo se derrumb y ha hecho morir al propietario de la casa, el arquitecto ser muerto.

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

231.- Si hizo morir al esclavo del dueo de la casa, dar al propietario de la casa esclavo como esclavo (un esclavo equivalente).

232.- Si le ha hecho perder los bienes, le pagar todo lo que se ha perdido, y, porque no ha hecho slida la casa que construy, que se ha derrumbado, reconstruir 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 cay, este arquitecto reparar el muro a su costa.

El DESEMPEO ya era deseado y exigido

Referencia: FEMA 451

METODOLOGIA


QUE ES EL DESEMPEO?

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

Caracterizacin, Medida y Prediccin son conceptos fundamentales y necesarios para enunciar dicha declaracin.

PRESCRIPTIVO VERSUS DESEMPEODos Polos Opuestos

PRESCRIPTIVO

21.10.2 Diseo de Muros

21.10.2.1 Las fuerzas de diseo y los espesores mnimos de los muros se ajustarn a lo dispuesto en 21.9.2 y 21.9.3.

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

i. Se podr usar malla electrosoldada como refuerzo repartido de los muros en edificios de hasta 3 pisos y, en el caso de mayor nmero de pisos, se podr usar mallas slo en los pisos superiores, se deber usar acero que cumpla con 21.3.3 en el tercio inferior de la altura.

ii. El requisito de 21.9.4.3.b podr obviarse.

21.10.2.3 Si se usa malla electrosoldada, para el diseo de muros, deber emplearse como esfuerzo de fluencia, el valor mximo de fy = 420 MPa.

DESEMPEO

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 ssmico con 2% de probabilidad de ser excedido en 50 aos, es igual o menor al 10%.

Por que usamos lo Prescriptivo?

Es SIMPLE de Disear. Es SIMPLE de Verificar. A veces lo simple puede resultar

econmico. No necesitamos Re-Inventar la

Rueda o la Plvora en cada Proyecto.

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

Puntos Dbiles 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 econmicas.

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

Puntos Dbiles del Desempeo?

Criterios Cuantitativos Difciles de Desarrollar Difciles de Consensuar

Procedimientos de Evaluacin: La capacidad de MEDICION es la

clave; debemos encontrar como medir, sea analticamente o experimentalmente, los parmetros importantes.

INGENIERIA BASADA EN DESEMPEO

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

Los Peligros considerados: Viento Fuego Nieve Cargas Vivas Extremas TERREMOTOS

Todo Diseo BUSCA conseguir un Desempeo 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 Mayora de Normas no buscan Desempeo

Las Normas tpicamente PRESCRIBEN reglas de Diseo y Construccin: Creyndose capaces de

obtener el desempeo esperado

Mayormente apoyadas en desempeos 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 desempeo

buscado. No SABEMOS CAMBIAR las reglas para

buscar otros desempeos. Nos cambian las reglas y nos

quedamos en la mayor orfandad NO SABEMOS QUE HACER CUANDO

NOS MUEVEN EL QUESO

El Diseo Basado en Desempeo

Requiere entender: El Desempeo deseado. La relacin entre las caractersticas

del diseo y el desempeo.

Obliga al Diseador a PREDECIR el desempeo esperado dado que un evento de diseo se ha presentado.

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

DESEMPEO es verificado.

Solamente un nivel de Peligro (Espectro de Diseo) Ssmico es aplicado.

Anlisis Lineal, Esttico o Dinmico, 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 aceptacin.

VENTAJAS DEL DSBD

Mltiples Niveles de Desempeo son verificados.

Mltiples Niveles de Peligro Ssmico son aplicados.

Suelen usarse Anlisis No Lineales. Criterios de Aceptacin local detallados:

Para Elementos Estructurales. Para Elementos No Estructurales.

INGENIERIA SISMICABASADA EN DESEMPEO

Paso 1MODELO

ESTRUCTURAL

Paso 2DEMANDA

PELIGRO SISMICO

Paso 3RESPUESTA

ESTRUCTURAL

Paso 4VERIFICACION DEL DESEMPEO ESTRUCTURAL

>>>>>>>> SEGN OBJETIVO de DESEMPEO

DESEMPEOS OBJETIVOS

INGENIERO: El Peligro y el Desempeo

deben de poder ser CUANTIFICABLES

Para que el Diseo Ssmico Basado en Desempeo sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas

DESEMPEOS OBJETIVOS

CLIENTE: El Peligro debe ser

entendible y el Desempeo debe ser entendible y til.

Para que el Diseo Ssmico Basado en Desempeo sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas

METODOLOGIA


PELIGRO SISMICO

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

PELIGRO SISMICO

Determinstico: Sismo de Magnitud x

causado por la falla y

Probabilstico: Evento de Diseo con

x % de probabilidad de ser excedido en y aos

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 Probabilstica.

Ya lo hace en los siguientes casos: Costo Probable de Alquileres Costo Probable de Construccin. Retorno Probable de la Inversin. Probable duracin del Proyecto.

COSTA PERUANA

METODOLOGIA


NIVEL DE DESEMPEO

Dado que el evento Peligro Ssmico ha ocurrido, es el dao aceptable que la respuesta estructural implica.

NIVEL DE DESEMPEO Respuestas Esperadas

PROPIETARIO / CLIENTE Quedar SEGURO el Edificio? Podre USARLO despus del Sismo? Cunto COSTARA Repararlo? Cunto DURARA la Reparacin?

INGENIERO El Edificio, cuanto mostrar de:

Fluencia y Agrietamiento Pandeo y Deformacin Permanente Daos Estructurales y No Estructurales

NIVELES COMUNES EN ELDESEMPEO

TOTALMENTEOPERATIVO

OCUPACIONINMEDIATA

SEGURIDADE VIDA

PREVENCIONCOLAPSO

DAO O PERDIDA0% 99%

NIVELOPERACIONAL

DAO Estructural y No Estructural DESPRECIABLE.

Ocupantes Seguros durante Evento.

Lneas de Vida disponibles. Listo para usar, algo de

limpieza.

Perdidas < 5% V. Reposicin.

NIVELOCUPACION INMEDIATA

DAO Estructural despreciable; Dao No Estructural mnimo.

Ocupantes Seguros durante Evento.

Lneas de Vida interrumpidas pero re conectables.

Seguro de Ocupar, pero funcionalidad podra no ser inmediata.

Perdidas < 15% V. Reposicin.

NIVELSEGURIDAD DE VIDA

DAO Estructural significativo; Dao No Estructural muy extenso.

Pueden Ocurrir Victimas, ~1/100.000 afectados.

Lneas de Vida interrumpidas. No Ocupar hasta reparar. Perdidas < 30 % V. Reposicin.

NIVELPREVENCION DE COLAPSO

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

Se Presentan Victimas Mortales, ~1/100.000 afectados.

Lneas de Vida interrumpidas. Reparar puede ser poco practico y

anti econmico.

Perdidas >> 30 % V. Reposicin.

PISCO 15-AGOSTO-2007INFORMALIDAD = MAYOR RIESGO

Victimas x 100.000 Habitantes

58

27

306

ChinchaIcaPisco

Es difcil emitir un juicio de valor, sobre que Provincia de la Regin 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 as, 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


DF

Frecuente50% - 50 a

Raro10% - 10 a

Muy Raro2% - 50 a

Ocasional20% - 50 a

NIVELES DE DEMANDA SISMICACon

NIVELES DE DESEMPEO

NIVEL

DEL

DAO

PRTICOSDCTILES

PRTICOSNO

DCTILES

PRTICOSRELLENOS

CONALBAILERA

MUROSDCTILES

MUROSCHATOS

MUROSDE

DUCTILIDADLIMITADA

ALBAILERACONFINADA

NULO 0.50

Deformaciones (%) de Entrepiso y Daos Asociados

NIVELES DE DESEMPEO ESTRUCTURAL

Ope

rativ

oSe

gurid

adVi

daPr

even

cin

Col

apso

Col

apso

METODOLOGIA


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

Operacional

Ocupacin Inmediata

SeguridadDe Vida

Prevencin de Colapso

OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Ssmica

Incr

emen

to d

el D

esem

peo

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

Operacional

Ocupacin Inmediata

SeguridadDe Vida Norma

E.030



Incr

emen

to d

el D

esem

peo

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

Operacional

Ocupacin Inmediata

SeguridadDe Vida Norma

E.030


ATC-63

ATC-58


Incr

emen

to d

el D

esem

peo

EJEMPLOVERIFICACION SISMICA

BASADA EN DESEMPEO

Prtico No DctilDe

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 = 7.64 = 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

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

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

=[(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 100Duracin, seg.

Ace

lera

cin

, 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 DESEMPEO

NIVELDESEMPEO

DEMANDA(DRIFT %)

CAPACIDAD(DRIFT %)

CUMPLE?

Min Max Media Geomtrica

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!

EJEMPLODISEO BASADO EN DESEMPEO

Estructura Metlica

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

NIVELDESEMPEO

DEMANDA(DRIFT %)

CAPACIDAD(DRIFT %)

CUMPLE?

Min Max Media Geomtrica

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

Anlisis Dinmico Incremental

Fragilidad de Colapso (ATC 58)

Determinacin del Parmetros de Modificacin de Respuesta Ssmica (ATC 63) R Factor Reduccin de Fuerza Elstica y Factor Amplificacin Desplazamiento

GRACIAS

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