DISEÑO POR DESEMPEÑO
DEFINICION Concepto SEAOC (1995) Según La Sociedad de Ingenieros Estru Estruct ctur ural ales es de Cali Califfornia ornia (SEA (SEAOC OC)) se califica el desempeño de una edifi edifica caci ción ón,, comp compara arand ndo o el desem desempe peño ño ideal que debería tener de acuerdo a su impo importan rtanci cia a según según su comp comporta ortami mien ento to ante los diferen rentes niveles de peligro gro sísmico.
Concepto ATC-40 (1996) (1996) El diseño de edificaciones basado en el desempeño, se refiere a la metodología de diseño en la cual el criterio estructural se expresa en términos de selección de un objetivo de desempeño. En contraste al método convencional en el cual el criterio estructural se define por exigencias sobre los elementos, que resultan de un nivel predeterminado de fuerza cortante aplicados.
Concepto del FEMA-273 (1995) El desempeño sismor resistente edificación puede ser cualitativamente en términos de:
de una descrito
1. Seguridad ofrecida a los ocupantes durante y después del evento evento símico. 2. El costo y facilidad de reparación de la edificación antes del sismo. 3. El periodo del tiempo durante el cual la edificación interrumpe su servicio o uso para llevar a cabo la reparación. 4. La economía. 5. La arqu arquit itec ectu tura ra e impa impact cto o his histór tórico ico sobr sobre e la comunidad.
Concepto del FEMA-273 (1995) Estas características de sismor resistente son directamente con:
desempeño relacionadas
El grado de daño sufrido por la edificación. El grado de daño de la edificación se categoriza como nivel de desempeño de la edificación. Cada nivel consiste de un nivel de desempeño estructural, el cual define los daños aceptables para el sistema estructural, y los daños aceptables en los componentes no estructurales y contenido.
CAPACIDAD DEPENDEN DE LA RESISTENCIA Y CAOACUIDAD DE DEFORMACION DE LOS DIFERENTES ELEMETOS ESTRUCTURALES QUE LA COMPONEN.
DEMANDA ES EL DESPLAMIENTO MAXIMO QUE DEBE DE SOPORTAR UNA EDIFICACION. EL DE DESP SPLA LAZA ZAMI MIEN ENT TO DE DE DEMA MAND NDA A ES UNA ESTIMACION DE LA RESPUESTA MAXIMA ESPERADA DURANTE EL MOVIMIENTO SISMICO
DESEMPEÑO UNA VES QUE SE HA DETERMINADO LA CURVA DE CAPACIDAD Y EL DESPLAZAMIENTO DE LA DEMANDA, DEMANDA, SE CALCULO EL DESEMPEÑO DE LA ESTRUCTURA. LA VERIFICACION DEL DESEMPEÑO VERIFICA QUE LOS COMPONENTES ESTRUCTURALES Y NO ESTRUCTURA RAL LES NO ESTEN DAÑADOS DOS MAS ALLA DE LOS LIMITES ACEPTADOS DEL DESMPEÑO OBJETIVO. OBJETIVO.
PELIGRO SISMICO Se define peligro sísmico como la probabilidad de ocur rencia de un movimiento sísmico dentro de un periodo especifico de tiempo y sobre un área rea de terren rreno establ ablecida, con una intensidad determinada.
NIVELES DE RESITENTES
DESEMPEÑO
SISMO
Se define nivel de desempeño sismorresistente como el grado de daño que sufre un sistema estructural o un sistema no estructural, debido a un sismo. Para el caso en estudio solo se considerará los daños en los sistemas estructurales. EL SEA SEAOC cons consid idera era los los sigui siguien ente tes s niv niveles eles de desempeño sismorresistente: Operacional u Ocupacional, Funcional, Resguardo Resguardo de la vida, Cerca al colapso y Colapso. Además los define de la siguiente manera:
NIVELES DE RESITENTES
DESEMPEÑO
SISMO
Operacional u Ocupacional.- Sin daño estructural, estructura
perfectamente elástica. Los servicios se encuentran sin daño y continú continúan an operando operando.. Funcional.- Peque equeño ñoss daño dañoss estr estruc uctu turrales ales,, prác prácti tica came ment ntee elás elásti tico co.. La mayo mayorí ríaa de los los servi servici cios os esen esenci cial ales es pued pueden en usar usarse se inme inmedi diat atam amen ente te.. Resguardo de vida.- Daño estructural y no estructural importante. Incur ncursi sio ones nes inel nelástica icas con perd erdida ida de resi esistenci enciaa y rig rigide idez, aunque nque la estru estructu ctura ra es repar reparabl able. e. Cerca al colapso.- Gran daño estructural. Severas incursiones inelásti inelásticas, cas, perdida perdida casi total de resistencia y rigidez. No resulta práctico reparar la estru estructu ctura ra.. Los elem elemen ento toss no estr estruc uctu turrales ales tien tienen en peli peligr gro o de cola colaps psar ar
CURVA DE CAPACIDAD Los niveles de desempeño estructural se definen usando la Curva de Capacidad, es decir, la curva Fuerza vs. Desplazamiento Lateral de la edificación; la curva se obtiene a partir de un ensayo de desplazamiento incremental.
PUNTOS DE INTERES Puntos de interés Punto de Diseño: Diseño: definido por la cortante ultima (Vu) empleada en el
diseño del edificio. Aparición de la Primera Rótula: definido por la cortante y
desplazamiento en el instante en que se forma la primera rótula en el edificio. Punto de Fluencia Efectiva: definido por el punto de quiebre de un
modelo bilineal que debe constituirse con la condición de que el área que encierra sea igual al área bajo la curva cur va de capacidad (Figura 2.2). 2.2). Colapso: Definido por la fuerza y desplazamiento correspondiente a
la ruptura de la primera rótula.
SECTORIZACION CAPACIDAD
DE
LA
CURVA
DE
Si sectorizamos la curva de capacidad según estos niveles, nos podemos dar una idea del comportamiento que tendrá nuestra edificación, con respecto a diferentes solicitaciones externas representadas por Desplazamientos o Cortantes. Para esta sectorización solo es necesario definir el punto de fluencia efectiva (Figura 2.3), a partir de este podremos calcular la capacidad de desplazamiento elástica e inelástica. Capacidad de desplazamiento Elástica: es el desplazamiento que se tuvo hasta el punto de fluencia efectiva. Capacidad de desplazamiento Inelástica: es el desplazamiento que se tuvo a partir del punto de fluencia efectiva hasta el punto de colapso total de la estructura.
SECTORIZACION CAPACIDAD
DE
LA
CURVA
DE
Los niveles están definidos en la sectorización por fracciones de la capacidad de desplazamiento elástica e inelástica: Ocupacional : es el 100% de la capacidad de desplazamiento Elástica.
Funcional: es el 30% del a capacidad de desplazamiento Inelástica. Inelástica. Resguardo de Vida: es el 30% del a capacidad de desplazamiento
Inelástica. Cerca al colapso: es el 20% del a capacidad de desplazamiento
Inelástica. Colapso: es el 20% del a capacidad de desplazamiento Inelástica.
OBJETIVO DE DESEMPEÑO El comité VISION 2000 del SEAOC establece los objetivos de desempeño a través de una tabla de doble entrada llamada Matriz de desempeño. En donde las filas corresponden a los niveles de peligro sísmico y las columna umnass a los los nivel iveles es de des desemp empeño eño des deseado eado.. Cada casillero de la matriz corresponde a un objetivo de desempeño. Los Los objet bjetiivos mínim ínimo os corres rrespo pon nden den a la dia diagonal nal amari arilla en la matriz riz (figura 2.4.), los casillero eros por debajo de la diagonal, casilleros verdes, tienen un comportamiento aceptable y los casilleros por encima, casi casillller eros os rojo rojos, s, corr corres espo pond nden en a un comp compor orta tami mien ento to no deseado.
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE UNA ESTRUCTURA. 1. CREAR UN MODELO MODELO DE LA ESTRUCT ESTRUCTURA. URA. 2. CLASIFICAR CADA ELEMENTO DE LA ESTRUCTURA COMO PRIMARIO Y SECUNDARIO 3. APLICAR FUREZAS LATERALES INCREMENTALES. 4. CALCULAR LAS FUERZAS INTERNAS DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES. 5. RECOPILAR CORTANTE Y DESPLAZAMIENTOS. 6. SUMAR INCREMENTOS DE CARGAS LATERALES Y SIUS DEPLAMINETOS.
ANÁLISIS NO LINEAL (PUSHOVER)
DEL ANALISIS DINÁMICO SE EXTRAJO LO SIGUIENTE: CORTE BASAL POR CADA BLOQUE:
BLOQUE 1 FUERZA CORTANTE (TON.) PISO EJE XX EJE YY 3 15.20 15.57 2 20.07 20.56 1 12.32 12.62 BASE 47.59 48.75
BLOQUE 2 FUERZA CORTANTE (TON.) PISO EJE XX EJE YY 3 0 0 2 59.30 63.87 1 36.41 39.21 BASE 95.71 103.08
BLOQUE3 FUERZA CORTANTE (TON.) PISO
EJE XX
EJ E YY
3
0
0
2
54.12
56.43
1
33.22
34.64
BASE
87.34
91.07
CASOS DE CARGA NO LINEALES LINEALES - Caso de carga carga gravit gravitacional acional No No lineal
CASOS DE CARGA NO LINEALES LINEALES - Caso Caso de de car cargga Pus PushX hXX X Y Pus PushY hYYY
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS DE ACUERDO A LAS SECCIONES TÍPICAS Y DISTRIBUCIÓN DEL ACERO DE REFUERZO SE PROCEDE A CALCULAR LOS DIAGRAMAS MOMENTO CURVATURA DE CADA TIPO DE COLUMNA Y VIGA. CON LOS MAXIM XIMOS ESF SFU UER ERZZOS DE CA CAD DA UNA UNA DE ESTAS SECCIO CCION NES. SE PRESENTAN LOS DISEÑOS CADA ELEMENTO EN CADA BLOQUE: - BLOQ BLOQUE UE 1: Descripción
Medidas (cm)
COL-08 COL-07 COL-09 COL-06 COL-10 COL-01 COL-02
80X30 80X30 70X30 50X30 55X30 40X15 50X15
Asmin (cm2) 24.00 24.00 21.00 15.00 16.50 6.00 7.50
Area de acero (cm2)
26.91 26.91 26.91 15.83 19.32 7.92 11.40
Distribución Distribución de varillas
4O7/8 Y 4O3/4 4O7/8 Y 4O3/4 4O7/8 Y 4O3/4 8O5/8 4O5/8 Y 4O3/4 4o5/8 4o3/4
Descripcion V-101 V-102 V-103 V-105 V-106 VCH-101
Medidas (cm)
70X30 55X25 50X25 40X25 40X15 20X25
As superior 3O7/8 4O1/2 4O5/8 3o1/2 3o1/3 2o5/8
As inferior 4O7/8 4O1/2 4O5/8 3o1/2 3o1/2 2o5/8
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS - BLOQ BLOQUE UE 2 : Descripcion
Medidas (cm)
COL-08 COL-07 COL-09 COL-06 COL-10 COL-01 COL-04
60X30 70X30 70X30 40X30 55X30 25 2 5X15 30 30X15
Area de acero (cm2)
Asmin 18 21 21 12 16.5 3.75 4.5
20.585 23.435 23.435 15.51792 19.318 7.91 7.91
Distribución de varillas 4O7/8 Y 4O1/2 4O7/8 Y 4O5/8 4O7/8 Y 4O5/8 4O7/8 4O5/8 Y 4O3/4 4O 4O5/8 4O 4O5/8
Descripcion
Medidas (cm)
As superior
As inferior
V-101
70X30
3O7/8
4O7/8
V-102 V-103 V-105 V-106 VCH-101
55X25 50X25 40X25 40X15 20X25
4O1/2 4O5/8 3o 1/2 3o 1/3 2o 5/8
4O1/2 4O5/8 3o1/2 3o1/2 2o5/8
- BLOQ BLOQUE UE 3: Descripcion
Medidas (cm)
Asmin 7.07
Area de acero
Distribución de
(cm2)
varillas
COL-05
30
10.14
COL-06
40X30
12
13 4O1/2 Y 4O5/8
COL-07
80X30
24
27 4O7/8 Y 4O3/4
COL-08
100X30
30
COL-09
70X30
21
COL-10
55x30
16.5
35.8
8o1/2
4O7/8 y 41
23.45 4O5/8 Y 4O7/8 19.32
4O5/8 y 3/4
Descripcion V-103 V-104 V-105 V-106 VCH-101
Medidas (cm) 50X25 45X25 40X25 40X15 20X25
As superior As inferior 4O5/8 3O3/4 4O5/8 3o 1/2 3O3/4
4O5/8 3o1/2 4O5/8 3o1/2 3o1/2
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS
A CONTINUACION SE EJEMPLIFICARA LA INSERCION DE LA ROTULA PLASTICA EN EL PROGRAMA ETBAS, EL CUAL REQUIERE DE ALGUNAS CONSIDERACIONES PREVISTAS EN LA NORMA. SE TOMARA COMO EJEMPLO LA COLUMNA TIPO 01, SECCION 51 DEL BLOQUE 1.
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS DIAGRAMA MOMENTO CURVATURA CURVATURA DE BLOQUE 1, COLUMNA 01:
NIVEL 3
NIVEL 2
NIVEL 1
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS DIAGRAMA MOMENTO CURVATURA CURVATURA DE BLOQUE 1, VIGA 101:
LAS VIGAS TIENE UN SOLO DIAGRAMA DE MOMENTO-CURVATURA, YA QUE SU SECCION Y CARGA ES LA MISMA A LO LARGO DEL ELEMENTO. DE ESTA MANERA SE APLICA A TODOS LOS ELEMENTOS DE CADA BLOQUE Y NIVEL (VIGAS Y COLUMNAS).
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS APLICACIÓN DE ROTULAS EN MODELO DE PROGRAMA ETABS: COLUMNA TIPO 01, SECCION 51:
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 1:
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 2:
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 3:
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 1: PASO 2, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 1: PASO 3, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 1: PASO 4, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 2: PASO 2, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 2: PASO 4, SE GENERA EL NIVEL COLAPSO
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 3: PASO 3, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
RÓTULAS PLÁSTICAS EN COLUMNAS Y VIGAS BLOQUE 3: PASO 3, SE GENERA EL NIVEL INMEDIATAM ENTE OCUPACIONA L
DIAGRAMA DIAGRAMA MOMENTO CURV C URVA ATURA BLOQUE 1: Paso Paso
Desp Desplaz lazam amien iento to 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
0 0. 0128 0. 0424 0. 0788 0. 0851 0. 0851 0.091 0.091 0. 0918 0. 0918 0. 0942 0. 0942 0. 0949 0. 1261 0. 1261 0. 1266 0. 1266 0. 1288 0. 1285
Fuer Fuerza za (kg) (kg) 0 99613.0859 257568. 25 351551. 5 363553.219 360637.719 371994.344 369874.063 371696.125 362798.375 368727.125 359570.469 362710.531 415003.188 405773.688 407333.375 405876. 25 410244.281 399471. 25
Capacidad 283 450000 254 400000210 209 350000209 205 300000205 204 250000 204 204 200000 204 204 150000 186 100000186 186 50000184 183 0183 0 284
1 27 39 33 33 31 31 32 32 32 32 32 32 32 32 33 34 34 0 .02 0
0 3 28 30 30 34 34 34 34 33 33 33 31 31 31 32 29 29 0.04 0
0 0 7 11 11 10 10 10 10 11 11 11 28 28 28 28 30 30 0.06 0
0 0 0 0 0 2 2 1 1 0 0 0 2 2 1 1 1 1 0
0.08
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0.1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 4 5 5 6 6 7 7 0.12 0
284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 284 0.14 284
DIAGRAMA DIAGRAMA MOMENTO CURV C URVA ATURA BLOQUE 2: Paso Paso
Desp Despla lazam zamie ient ntoo
Fuer Fuerza za (kg) (kg)
Capacidad 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
0 0.0079 0.016 0.049 0.0555 0.0555 0.0572 0.0572 0.0594 0.0594 0.0598 0.0598 0.0655 0.0655 0.0674 0.0674 0.0714 0.0714 0.0734
0 173.7095 316.3281 564.3473 594.7791 578.3011 586.2126 571.7003 581.7151 567.4125 569.6064 563.5515 585.6786 569.9703 577.0859 561.6135 576.1501 574.3499 581.3627
700
600
500
400
300
200
100
0
303 287 255 251 249 247 246 246 246 246 246 242 242 242 242 240 240 0 240 304
1 17 15 17 18 20 21 20 20 20 20 23 22 22 21 21 21 0.01 20 0
0 0 17 16 17 17 15 16 14 14 14 13 14 14 15 15 15 0.02 14 0
0 0 17 18 18 16 18 18 20 20 20 20 20 19 18 16 16 0.03 17 0
0 0 0 1 1 2 2 1 1 0 0 1 1 1 2 5 5 0.04 4 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.05 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.06 0 0
0 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 0.07 9 0
304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 304 0.08304 304
DIAGRAMA DIAGRAMA MOMENTO CURV C URVA ATURA BLOQUE 3: Paso Paso
Despla Desplazam zamien iento to
Fuerz Fuerza a (kg) (kg)
0
0
0
334
2
0
0
1
0.0112
201. 0151
325
11
0
0
2
0.0142
250. 0567
0
0
0
336
0
0
0
283
21
32
0
336
0
0
0
0
3
0.0367
394. 0434
264
17
17
336
38
0
0
0
0
4
0.0721
511. 1742
248
22
336
24
39
1
0
0
2
5
0.0862
544. 8283
248
336
21
25
39
1
0
0
2
6
0.0862
534. 6121
336
242
26
24
37
4
0
0
3
7
0.0921
547. 7731
336
242
26
24
37
4
0
0
3
8
0.0921
336
542. 6808
242
26
24
37
4
0
0
3
9
336
0.0923
543. 5707
241
25
20
41
5
0
0
4
336
10
0.095
549. 4632
241
25
20
41
5
0
0
4
336
11
0.095
533. 0317
241
25
20
41
5
0
0
4
336
12
0.0951
534. 0839
241
25
20
40
6
0
0
4
336
13
0.0957
536. 3422
238
27
20
40
6
0
0
5
336
14
0.0988
542. 8611
237
27
21
40
6
0
0
5
336
15
0.0988
536. 1967
237
27
20
38
9
0
0
5
336
16
0.0991
538. 2211
237
27
20
38
7
0
0
7
336
17
0.0995
539. 1784
237
27
20
38
7
0
0
7
336
18
0.0995
530. 0065
237
27
20
38
7
0
0
7
336
19
0.0998
531. 8345
234
28
21
32
12
0
0
9
336
20
0.104
542. 0488
234
28
19
34
12
0
0
9
336
21
0.104
533. 5686
234
28
19
34
12
0
0
9
336
22
0.1042
535. 0833
234
28
19
34
11
0
0
10
336
23
0.1044
535. 7899
234
28
19
34
11
0
0
10
336
24
0.1044
521. 3138
234
27
20
33
10
0
0
12
336
25
0.1051
524. 9869
234
27
20
34
9
0
0
12
336
26
0.1051
509. 791
234
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