Verificación de La Resistencia Última en Edificios

VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA ÚLTIMA EN EDIFICIOS

Javier Piqué del Pozo

Art. 3. Filosofía y Principios del diseño sismorresistente La filosofía del diseño sismorresistente consiste en: •a. Evitar pérdidas de vidas •b. Aseg Asegur urar ar la la cont contin inui uida dad d de los los ser servi vici cios os básicos •c. Mi Mini nimi miza zarr los los da daño ños s a la la pro propi pied edad ad..

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN MITIGA CIÓN DE DESAS DESASTRES TRES FIC - UNI

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 )

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN MITIGA CIÓN DE DESAS DESASTRES TRES FIC - UNI

Cotante de diseño en la base V = Base shear Real V earthquake= V=ZUSC

Elastic Behavior

R V design

V

ZUSC =

R

Inelastic Behavior

P

(Lateral Displacement) ∆

∆

analysis

∆

actual

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

La necesidad de ductilidad V R1 R2

(Frágil)

V1 = ZUSC P R1

(Dúctil)

V2 = ZUSC R P 2

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

Niveles de desempeño SEAOC  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. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

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

Objetivo básico. SEAOC  Comportamiento

elástico bajo cargas

de servicio  Mantenimiento de la funcionalidad bajo terremotos moderados  Preservar vidas bajo un terremoto esperado máximo  Estabilidad estructural bajo terremotos extremos CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Objetivos (Vision 2000) Nivel de Comportamiento Sísmico Esperado Totalmente Operacional

Frecuente (43 años )

o ñ e s i DOcasional e (72 años ) d o m s i S Raro l (475 años ) e d l e v i NMuy Raro (970 años )

Operacional

As egu ra l a Vida

Cerca al Colapso

Comportamiento Inaceptable (para construcciones nuevas)

O b j e t i v o B á s i c o

O b j e t i v o d O e b R i j e t e s i v o g o d e E s e S e n c g u i a l r i d a d C r í t i c a

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


San Fernando (L.A.) 1971

Kobe, 1995


Kobe, Japan , 1995

CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI a 50 personas 5o piso de un hospital de 8 pisos colapsó, enterrando

Turquía, 1999: 25,000 muertos


Turquía, 1999


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

Analogía de la Cadena dúctil


DEFINICIÓN DE RESISTENCIAS Ideal o Nominal, Si o Pi Ejemplo:

Mui = As f y ( d - a/2 )

Confiable, Sd o Pd Ejemplo:

Mud = As f y ( d - a/2 )

Sobre-resistencia o Resistencia real, So o Po Ejemplo:

So=

o

Si

FUENTES DE SOBRE-RESISTENCIA • Calidad del Concreto f’c

Endurecimiento por Deformación del fy Acero •

δ • Sección

δ

real supuesto

• Refuerzo mínimo

Pi s

Pi

Pi

Pi s

eslabón dúctil

eslabones frágiles

Sobrerresistencia, eslabón frágil

Pi s > Po ’1

eslabones frágiles

’ = n ’1 + ’2

Pi s Po Pi

Pi > PE /

Po Pi

’2

+

1

n eslabones frágiles

2

+

eslabón dúctil

n

1

+

2

cadena dúctil

Diseño por capacidad  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. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Diseño por capacidad  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


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

Placas sin vigas y con vigas

DESEABLE

DESEABLE

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

M ut

M u tracción M ut > M uc M u compresión D+L+E

Refuerzo asimétrico

elástico M uc

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

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 - Modelos simplificados Distribución de la flexibilidad

- Modelos de plasticidad concentrada.

Valor Elástico Elemento viga-columna

Punto de Inflexión

- Modelos de elementos finitos ACERO DE REFUERZO

y j

y

- Modelos fibra.

CONCRETO z

z i

confinado

no confinado

x

z

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

y

Rótula puntual: Fluencia Aparente M

Multimo My Maparente

aparente

200

Fluencia

200

100

100

0

0

-100

-100

-200 -100

ultimo

Modelo de Clough Experimento

-200 -100

-50 0 50 100 Desplazamiento horizontal extremo superior de CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y columna (mm). -50

0

50

100

MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

Propiedades inelásticas de los pórticos analizados HORIZONTAL

FRONT

Z Y LATERAL

X

Kg/cm

SISTEMA:

Sección

Tipo

1 1 2

SUP INF SUP

Mcr 213,999.38 218,554.83 211,701.78

cr 0.0000074 0.0000076 0.0000073

My 502,346.72 737,375.40 502,493.81

y 8.15886E-05 8.78067E-05 8.20625E-05

Mu 546,701.01 783,745.00 545,570.50

0.000564556 0.000489913 0.000582826

C. Ductilidad por momentos 32.90 19.41 33.94

Fluencia Aparente

Kg/cm

SISTEMA:

u

Sección

Tipo

1ª pendiente

3ª Pendiente

Ratio

% 3ª/1ª

1 1 2

SUP INF SUP

28,933,333,333.33 28,933,333,333.33 28,933,333,333.33

91,837,124.18 115,316,890.74 86,022,026.25

0.003 0.004 0.003

0.32 0.40 0.30

C. Ductilidad trilineal 6.92 5.58 7.10

My 496,429.57 730,159.93 496,912.00


y 1.71577E-05 2.52359E-05 1.71744E-05

Análisis Inelástico Estático Incremental

CORTANTES MAXIMOS ´ Portico 4

4

3 O S I P

Lineal Modal

2

Potencia

1

0 0

100

200

300

CORTANTE (KN)

Corte vs desplazamiento de entrepiso



LINEAL

MODAL 3

POTENCIA 2

Corte vs Distorsión RESUMEN


250


200

200 e 150 t r o c 100

50 0

250

nivel 1

150

nivel 1

nivel 2

nivel 2

nivel 3

e t r o 100 c

nivel 4

50

nivel 4

nivel 3

0 0

20

40

Despla. de entrepiso

distorsión

60

200

nivel 1

e 150 t r o c 100

nivel 2 nivel 3 nivel 4

50 0

0

20

40


distorsión

60

0

20

40


distorsión


60

Lugares donde se presentan rótulas plásticas (Análisis Inelástico Estático Incremental) PORTICO 4 - TRILINEAL

LINEAL

MODAL 3

POTENCIA

PORTICO 4 - BILINEAL

LINEAL

PORTICO 6 - TRILINEAL

LINEAL

MODAL 3

POTENCIA

MODAL 3

POTENCIA

PORTICO 6 - BILINEAL

LINEAL

MODAL 3

POTENCIA


Secuencia de la formación de las rótulas plásticas TRILINEAL

p4

p6

p8


Acelerogramas usados en el análisis dinámico inlástico REGISTRO DE ACELERACIONES L I M 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 A I R A T I N U N O I C A R E L E C A

LIMA – 1966

0

-0.5

-1

-1.5 0

10

20

30

40 TIEMPO

50

60

70

(segundos)

REGISTRO DE ACELERACIONES LIMA, PERU, I.G.P. 05/31/70 COMP N82W 1

0.5

I R A 0 T I N U N O I C A R E L E -0.5 C A

LIMA - 1970

-1

-1.5 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

TIEMPO (segundos)

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

0.5

A I R A T I N U N O I C A R E L E C A

LIMA - 1974

0

-0.5

-1

-1.5 0

20

40

60 TIEMPO

80

1 00

120

( se g u n d o s )


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

Figura 6.26a. 10ml_pl_p470104.xls

Momento Izq v s Curvatura Izq VIGA 1

Momento Izq vs Curvatura Izq VIGA 2

Relación Momento-Curvatura con una aceleración de 600gals y modelo de Clough 60000

a d r e i u q z i o -0.00001 t n e m o m

60000

40000 20000 0 -0.000005 -20000 0 -40000 -60000 -80000

0.000005

0.00001

a d r e i u q z i o -0.00001 t n e m o m

40000 20000 0 -0.000005 -20000 0

0.000005

0.00001

-40000 -60000 -80000

curvatura Izquierda curvatura a Relación Momento-Curvatura con una aceleración de 600gals y Izquierd modelo Trilineal


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

Corte vs. desplazamiento de entrepiso NIVEL 1

Corte vs Distorsión NIVEL 2

300

-100

100

150

150

0

5

10

15

-10

-5

50

100

100

0 -5


200

200

100

-10


250

200

Corte vs desplazamiento de entrepiso NIVEL 4




50

50

0

0

0

-50 0

5

10

15

-10

-5

-50 0

-6 5

10

-100

-200

-200

-150

desplazamiento de entrepiso desplazamiento de entrepiso

distorsión

-2

0 -50

-100

-150

-300

-4

distorsión

desplazamiento de entrepiso

distorsión


-100 desplazamiento de entrepiso

distorsión

2

4

6

Lugares donde ocurrieron rótulas plásticas TRILINEAL


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


Primer piso


Malla Electrosoldada



Modelo Inelástico

k flexion k axial

k corte

• Resorte de flexión • Resoste de cortante

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

Macromodel

Momento-curvatura M M

V

ϕ

V

ϕ M6 7

M6 7

V

ϕ M4 5

M45

γ

ϕ V

ϕ M2 3

M23

γ

ϕ

M

ϕ M

γ

ϕ

M M

γ

ϕ

M M

M8 9

M89

M M

Corte-distorción

M1

V M1

ϕ

γ


19-X

9-Y

14-Y 17-X

18-X 16-X

13-X 14-X 4-Y

6-Y

7-Y

15-X 10-Y

16-Y

10-X 9-X

2-Y

13-Y

3-Y

1-X

2-X

17-Y

20-Y

11-X

8-X

7-X 5-Y

1-Y

21-Y

12-X

18-Y

8-Y

11-Y

12-Y

3-X

15-Y

19-Y

4-X

Primer piso

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

22-Y

5-X

6-X


0.6

W / 0.5 V : l a s 0.4 a b e 0.3 t n a t r 0.2 o c . f e 0.1 o C 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Dist ors ión global (%) (desp. Ultim o piso / altura del edific io)

muro19-primera fluencia-parte inferior

muro19-fluencia de la sección- parte inferior

falla muro19 por f lexión


Coef. base: V/W = 0.3200












M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13

M13













M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M101

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M79

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M57

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M35

M13

M13

CENTRO PERUANO JAPONÉS SÍSMICAS Y M13 M13 M13 M13 M13 M13 M13 M13DE INVESTIGACIONES MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

M13

M13

CONCLUSIONES

Las r ótulas plásticas aparecen mayormente en los

mismos lugares tanto para el an álisis 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. CENTRO PERUANO JAPONÉS DE INVESTIGACIONES SÍSMICAS Y MITIGACIÓN DE DESASTRES FIC - UNI

CONCLUSIONES

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

Verificación de La Resistencia Última en Edificios

Recommend Documents