Diseño Sismico Por Desempeño_2002

DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo, UNI - FIC

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVIL

INGENIERA CIVIL EN LA ACTUALIDAD19 de JUNIO del 2002

DISEO SSMICO PORDESEMPEO

(Performance Based Design)

DISEO SSMICO PORDISEO SSMICO PORDESEMPEODESEMPEO

(Performance Based Design)(Performance Based Design)

Dr. Javier Piqu del PozoIng Javier Taype

FIC - UNI

DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC

INTRODUCCIN

Experiencias desismos en los

ltimos 15 aosmuestran elevadasprdidas de vidas y

econmicas


HUARZ 1970HUARZ 197067 000 muertos


Edificios Edificios NigataNigata, Japn 1964: , Japn 1964: Licuacin de suelos


Hospital Hospital Olive View Olive View Cal. San Fernando, 1971 Cal. San Fernando, 1971Irregularidades, piso blando


KobeKobe, 1995, 19955000 muertos

$ 200 000 millonesen prdidas


Turqua, 1999 Turqua, 1999 25 000 muertos


Turqua, 1999Turqua, 1999


Vitelmo Bertero 1992

"Los cdigos ssmicos modernos, que intentanreflejar grandes avances en conocimiento yentendimiento de una manera muy simple,no son transparentes sobre el nivel esperadode comportamiento o respuesta del sistemacompleto.


Norma E-030-97Objetivo del diseo sismorresistente

1. Resistir sismos leves sin dao 2. Resistir sismos moderados considerando la

posibilidad de daos estructurales leves. 3. Resistir sismos severos con posibilidad de

daos estructurales importantes, evitando elcolapso de la edificacin.


E-030-97: Limitaciones

Un solo juego de objetivos, independientede la importancia de la obra

El nivel de comportamiento esperado onivel de desempeo est combinado con losniveles de sismo de diseo, expresado comointensidades

Solamente usa fuerzas correspondientes alsismo severo y reducidas (entre R)


E-030-97: Nivel de diseo

NIVEL NICO Correspondiente al sismo severo

reducido al dividir entre R.


Bases del diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010

1. Prevenir lesiones a las personas 2. Asegurar la continuidad de los servicios 3. Minimizar el dao a la propiedad


Criterios de diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010

Las estructuras deben resistir movimientosssmicos moderados que se espera puedanocurrir en el sitio durante su vida til sin daoestructural y con dao no estructural dentro delmites aceptables

ESTADO LMITE DESERVICIABILIDAD

(Perodo de retorno del sismo = 20 aos)


Las estructuras no deben colapsar ni daarvidas humanas debido a movimientosssmicos severos que posiblemente puedanocurrir en el sitio.

Criterios de diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010

ESTADO LMITE LTIMO(Perodo de retorno del sismo = 500 aos)


Sismo leve Sismo moderado Sismo severo

Norma E-030-97:Objetivo nico

Sin daos Considerando la posibilidad

de daos estructurales leves Con posibilidad de daos

estructurales importantes,evitando el colapso de laedificacin.

NIVEL DEL SISMO NIVEL DE DESEMPEO OCOMPORTAMIENTO


Sismo moderado,perodo de retorno20 aos

Sismo severo,perodo de retorno500 aos

Norma ISO 3010:Objetivo nico

Sin dao estructural y condao no estructural dentro delmites aceptables

No deben colapsar ni daarvidas humanas

NIVEL DEL SISMO NIVEL DE DESEMPEO OCOMPORTAMIENTO

DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo, UNI - FIC

Edificaciones diseadas conla Tecnologa actual


KobeKobe, Japn, 1995, Japn, 1995


KobeKobe, Japn, 1995, Japn, 1995

El 5 piso del Hospital Oeste de 8 pisos colapso sepultando alrededor de 50 personas

San Fernando, Los Angeles, 1971San Fernando, Los Angeles, 1971

Nazca 1996Nazca 1996


Norma 1977 = daos

Foto E.Fierro


Detalle

Foto E.Fierro


El grado de dao de un edificio es ms unaconsecuencia de las deformaciones que delas fuerzas y consecuentemente parecelgico que el diseo deba basarse sobre unalimitacin de las deformaciones (espectrode desplazamientos o de distorsiones) enlugar de fuerzas (espectro de aceleracin)

Diseo por desempeoVisin 2000 (SEAOC)


Aula diseada con Norma E-030-97Sin daos despus del sismo de Atico del 2001.Estructura regular y desplazamientos limitados

Foto E.Fierro


Norma 1997= mayor rigidezJunta, para qu?

FotoE. Fierro


Niveles de Dao Segn el Ao de ConstruccinNiveles de Dao Segn el Ao de Construccin

Sismo Sismo HyogoHyogo--ken Nanbu ken Nanbu (17-01-1995)(17-01-1995)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Colapso Severo Medio Menor Desconocido

Desconocido 73 6 5 81Menor 63 42 29 61Medio 42 37 29 35Severo 174 71 25 119Colapso 183 62 15 79

Antes de 1971 de 1972 a 1981 Posterior a 1982 Desconocido


Tendencias actuales

Metodologas y estrategias de diseo basadasen el comportamiento real de las estructuras:DISEO POR DESEMPEO.

Sistemas de reduccin de la energa trasmitidaa la construccin: aisladores, disipadores.


DESEMPEO =

Respuesta o comportamientoesperados

Diseo por Desempeo


El desempeo de una edificacin no estestablecido en el diseo,

Las estructuras de las edificaciones sondiseadas empleando procedimientospredeterminados

Sin investigar su comportamiento antefuerzas ssmicas y

Sin establecimiento de un desempeorequerido.

Situacin presente


Por otro lado, es difcil para los ocupantes(consumidor) entender el desempeo deuna edificacin, lo que trae consigo laconfusin en cuanto a la perspectiva dedao ante un evento ssmico.

Diseo por Desempeo


El desempeo de una edificacin no esempleado para tomar decisiones

El concepto de costo del desempeo esraramente usado en el campo deedificaciones.

En otros productos industriales, estebalance entre el costo y el desempeo esdominante

Diseo por Desempeo


Es disear una estructura que se comportar o"desempear" de una manera especificada cuandoest sujeta a varios escenarios de sismo

Diseo especfico para cada nivel de desempeo seguridad de la respuesta esperada.

Despus del diseo, verificacin de que se obtendrel nivel de desempeo esperado

Propietario y ocupantes comprarn sabiendo quecomportamiento esperar

Diseo por Desempeo:


En los Estados Unidos: Conceptual Framework for Performance

Based Seismic Engineering of Building(SEAOC-Vision 2000, 1995)

FEMA 273: NEHRP Guidelines andCommentary for Seismic Rehabilitationof Building (ATC, 1997)

Diseo por Desempeo


En los Estados Unidos: Recommended Seismic Design Criteria

for New Steel Moment-Frame Building(SAC Joint Venture, 2000)

En Japn: Development of a New Engineering

Framework for Building Structures(1995-1998)

Diseo por Desempeo


Segn el Comit de la SEAOC Vision 2000 Es un proceso que comienza con los

primeros conceptos del proyecto y duratoda la vida de la edificacin.

Incluye la identificacin del peligrossmico, seleccin de los niveles yobjetivos del diseo para uncomportamiento deseado

Diseo por Desempeo


Ingeniera basada en el desempeo la define comoLa seleccin de criterios de diseo, sistema

estructural apropiado, proporcionalidad ydetallado de una estructura y su componente noestructural y contenido, para asegurar y controlarla calidad de la construccin y mantenimientopara cada nivel especificado de movimientossmico y con niveles definidos de confiabilidad,la estructura no superar los daos ante ciertosestados lmites u otros lmites inusuales

Diseo por Desempeo (Vision 2000)


Segn el Proyecto del Ministerio deConstruccin del Japn:

Establece: .Establecer los objetivos de desempeo .Evaluacin del desempeo y .Confirmacin o certificacin del desempeo

Diseo por Desempeo


Flujo del DiseoCONVENCIONAL

TEMA o ASUNTO Flujo del diseo basadoen DESEMPEO

Son sealados por lasNormas y regulaciones

OBJETIVOS DEDESEMPEO

El cliente los establececlaramente

Diseadas porprocedimientos regulados

MTODOS DE DISEOMTODOS DEVERIFICACIN

El diseador selecciona elmtodo apropiado

Calculado porprocedimientos reguladosEl desempeo ocomportamiento real no esclaro

EVALUACIN DELDESEMPEO REAL DELA ESTRUCTURA

Se satisface el objetivo dedesempeoEl nivel de desempeopuede ser claramenteestablecido

Comparacin entre el procesoactual y el proceso propuesto


Flujo del diseo por desempeo

Propietarioy usuario

Requerimientos de desempeo

Establecimiento de los objetivos y niveles de desempeo

Planos de la estructuray detalles de diseo

Informe o Declaracin del desempeo real

Evaluacin del desempeoNo

Marco

Institucional


Serviciabilidad: Los servicios tiles mantienenfunciones. Muy poco dao.

Habitabilidad inmediata:La edificacin recibeluz verde para ocupar. Algunas reparaciones sonmenores

Niveles de desempeo FEMA 273


Proteccion de vida:La estructura permaneceestable y tiene capacidad de reservasignificativa. Riesgo de dao no estructural escontrolado

Prevencion de colapso:La edificacinpermanece en pie, pero precariamente. Otraprdida o dao es aceptable.

Niveles de desempeo FEMA 273(continuacin)


Serviciabilidad Completa: Slo daos menores.La edificacin conserva la rigidez y resistencia original.Componentes no estructurales estn en servicio y laedificacin est disponible para su uso normal.

Serviciabilidad o funcionalidad: Slo ocurridao estructural menor. La estructura conserva casi toda suresistencia y rigidez original. Los componentes noestructurales estn asegurados. Sistema de seguridad devida es operable. Las reparaciones pueden ser aceptadaspor el usuario. El riesgo de heridos leves es muy bajo,dao menor.

Niveles de desempeoSEAOC


Proteccin de Vida: Ocurri dao estructural y noestructural significativo. La edificacin ha perdidosignificativamente su rigidez original, pero conservaalguna resistencia lateral y marginal al colapso.Componentes no estructurales estn seguros pero nopueden operar. La edificacin puede no estar segura paraser ocupada antes de reparar. El riesgo de herida leve devida es bajo

Niveles de desempeoSEAOC (continuacin)


Cerca al Colapso: Un estado de dao lmite en elcual un dao sustancial ha ocurrido. La edificacin haperdido la mayora de su resistencia y rigidez original ytiene un pequeo margen contra el colapso. Componentesno estructurales presentan riesgo de falla. La reparacin noes prctica probablemente, prevencin del colapso.

Niveles de desempeoSEAOC (continuacin)


Objetivos de comportamientossmico (I):

(Combinacin de nivel de desempeo y nivel delsismo)

1) Objetivo bsico para una edificacin nuevaregular (mnimo)

2) Objetivos mejorados o de riesgo paraedificaciones esenciales como hospitales.


Objetivos de comportamientossmico (II):

(Combinacin de nivel de desempeo y nivel delsismo)

3) Objetivo de seguridad crtica paraedificaciones que contienen materialespeligrosos y proceso de materiales nucleares


Comportamiento elstico bajo cargas deservicio

Mantenimiento de la funcionalidad bajoterremotos moderados

Preservar vidas bajo un terremoto esperadomximo

Estabilidad estructural bajo terremotosextremos

Objetivo bsico. SEAOC


TotalmenteOperacional Operacional

Asegura laVida

Cerca alColapso

ComportamientoInaceptable

(para construcciones nuevas)

N

i

v

e

l

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l

S

i

s

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e

D

i

s

e

o

Frecuente(43 aos)

Ocasional(72 aos)

Raro(475 aos)

Muy Raro(970 aos)

Objetivo Bsico

Nivel de Comportamiento Ssmico Esperado

Objetivo de Riesgo Esencial

Objetivo de Seguridad Crtica

Objetivos (Vision 2000)


Nuevos criterios de diseo

La tendencia es hacia mltiples niveles dediseo

La dificultad en nuestro medio aparececuando se necesite definir cul ser el niveldel sismo moderado y cul el del sismosevero?

Cmo definir los parmetros que asegurenel comportamiento esperado?


Conclusiones

Dos niveles de diseo Determinacin de la resistencia real Definicin de mecanismos estables de

disipacin de energa : diseo porcapacidad

Posibles modificaciones futuras:


Conclusiones

Valores de R variables con tipoestructural

Aisladores ssmicos Amortiguadores de masa sintonizada Disipadores de energa reemplazables

Posibles modificaciones futuras:

Diseño Sismico Por Desempeño_2002

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