Zavala SeismicDesign Parte 1

FIC-UNI Escuela de Post Grado Comportamiento de Estructuras de Acero Diseño Sísmico Dr. Ing. Carlos ZAVALA

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1 - INTRODUCCIÓN Capacidad de los edificios de Acero en Sismos Pasados Recomendaciones de diseño sísmico de edificios de acero

Filosofía de los requerimientos sismicos Introducción al diseño sísmico con LRFD

Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI

Causas Perdidas por Terremoto: 1900 to 1990 Landslides

Collapse of RC Buildings

Collapse of RC Buildings

Other Causes Collapse of Timber Buildings

Landslides

Fire

Collapse of Masonry Buildings

Other Causes

Collapse of Timber Buildings

Perdidas por Terremoto: 1900 - 1949 (795,000 perdidas)

Collapse of Masonry Buildings

Fire

Perdidas por Terremoto: 1950 - 1990 (583,000 perdidas) Fuente: Michael D. Engelhardt

Daños en edificaciones Industriales Sismo de Maule 2010 Fuente: Ruben Borosheck


Daños en edificaciones Industriales Sismo de Maule 2010

Fuente: Ruben Borosheck & Asociados



Fuente: Ruben Borosheck



Fuente: Ruben Borosheck


Daños No Estructurales Sismo de Northridge 1994

Fuente: Eduardo Miranda


Daños No Estructurales Sismo de Maule 2010 Aeropuerto de Santiago

Fuente: Ruben Borosheck & Asociados


Daños No Estructurales Sismo de Maule 2010 Estantería Metalica


Daños No Estructurales Sismo de Tohoku 2011


Sismo de Atico 2001 Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua


Sismo de Atico 2001 Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua


Sismo de Atico 2001 Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua Daños Grúa Edificio de Turbinas Planta Termal de ILO, Moquegua


Sismo de Atico 2001 Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua Daños en Edificio de Turbinas Desplome de Grua Planta Termal de ILO, Moquegua


Sismo de Atico 2001 Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua Desplome de Paneles en Edificio de Turbinas Planta Termal de ILO, Moquegua


Sismo de Northridge 1994 California - USA

Fuente: Michael D. Engelhardt Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI


Fuente: Michael D. Engelhardt





Sismo de Northridge 1994 California - USA Fuente: Michael D. Engelhardt





Recomendaciones para diseño sísmico

•

Structural Engineers Association of California (SEAOC) Blue Book – 1988: First comprehensive detailing provisions for steel

•

American Institute of Steel Construction (AISC) Seismic Provisions – 1st ed. 1990 – 2nd ed. 1992 – 3rd ed. 1997 • Supplement No. 1: February 1999 • Supplement No. 2: November 2000 – 4th ed. 2002 – 5th ed. 2005 – 6th ed. 2010 Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI

Filosofía para de los códigos para el diseño de edificios convencionales resistentes a sismos.

Objetivo:

Prevenir el colapso de un edificio frente a un Sismo severo

Objetivos no cubiertos: - Limitar del daño no estructural - Mantener la función del edificio - Estado para reparación rapida


Para Prevenir el Colapso por Sismo Desarrollar un Diseño Ductil

H

Ductildad = Deformation Inelastica

H


Diseño Dúctil H

H

Δyield

Δfailure

Factor de Ductilidad μ =

Δfailure Δyield


H Helastic

3/4 *Helastic

1/2 *Helastic

Fuerza

Ductilidad Requerida 1/4 *Helastic

MAX



Ductilidad Estructuras de Acero: Fluencia

Modos de Falla NO Dúctiles: Rotura o Inestabilidad

H

Ductilida = Fluencia

Falla = Rotura o Inestabilidad


Para el desarrollo de un diseño ductil:

•

• •

Escoger elementos del pórtico que sean considerados fusibles que van a fluir durante un sismo; por ejemplo las vigas en un portico resistente a momento, los arriostres de un portico con arriostres concéntricos, los enlaces en un portico con arriostres excéntricos. Detallar los fusibles de manera que puedan resistir una gran deformación inelástica antes que ocurra la fractura o inestabilidad (ejemplo detallar los fusibles para una ductilidad). Diseñar el resto de elementos del pórtico para que sean mas Fuertes que los fusibles; diseñar los elementos del pórtico para desarrollar la capacidad inelastica de los fusibles. Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI

Muestra de Comportamientos Ductiles

(b)

(a)

Ejemplos: (a) Comportamiento mas dúctil (b) Comportamiento menos dúctil Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI

2010 AISC Seismic Provisions


2010 AISC Seismic Provisions

Part I: Seismic design provisions for structural steel buildings Part II: Seismic design provisions for composite structural steel and reinforced concrete buildings


√ X

AISC Seismic Provisions:

Material Properties for Determination of Required Strength of Members and Connections Expected Yield Strength Expected Tensile Strength

= Ry Fy = Rt Fu

Fy = minimum specified yield strength Fu = minimum specified tensile strength Ry and Rt are based on statistical analysis of mill data.


Table I-6-1 Ry and Rt Values for Different Member Types

Ry

Application Hot-Rolled Shapes and Bars: ASTM A36 ASTM A572 Gr 42 ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55; ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588; A1011 HSLAS Gr 50 ASTM A529 Gr 50 ASTM A529 Gr 55 Hollow Structural Sections (HSS): ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501 Pipe: ASTM A53 Plates: ASTM A36 ASTM A572 Gr50; ASTM A588


Rt

1.5 1.1

1.2 1.1

1.1 1.2 1.1

1.1 1.2 1.2

1.4

1.3

1.6

1.2

1.3 1.1

1.2 1.2

Ejemplo: A36 ángulos usados en Pórticos Especiales con Arriostre Concéntrico (SCBF) Fy Fu Ry Fy Rt Fu

= = = =

36 ksi 58 ksi 1.5  36 ksi = 1.2  58 ksi =

54 ksi 70 ksi

Ejemplo: A992 Perfiles W usados en pórticos especiales de momento (SMF) Fy Fu Ry Fy Rt Fu

= = = =

50 ksi 65 ksi 1.1  50 ksi = 1.1  65 ksi =


55 ksi 72 ksi

FUERZA ESPERADA EN EL MATERIAL

Cuando sea requerido, la fuerza requerida en el elemento (un miembro o una conexión a un miembro) debe ser determinada a partir del esfuerzo de fluencia esperado, Ry Fy del elemento o elemento que se le conecta, el que sea aplicable, donde Fy es el mínimo esfuerzo de fluencia especificado a usarse en el miembro y Ry es la relación entre el esfuerzo de fluencia esperado al mínimo esfuerzo de fluencia especificado, Fy, del material. Cuando se requiera determinar la fuerza nominal, Rn, para los estados límites en un miembro en donde la fuerza requerida es determinada, el esfuerzo de fluencia esperado Ry Fy, y el esfuerzo de rotura esperado Rt Fu, se permite que sean usados en lugar de Fy y Fu respectivamente, donde Fu es el mínimo esfuerzo de rotura en tracción y Rt es la relación entre esfuerzo de rotura por tracción esperada y el mínimo esfuerzo de rotura, Fu del material.


TABLA 13.2 Valores Ry y Rt para material de acero estructural Aplicación Secciones roladas y barras ASTM A ASTM A1043 ASTM A572 Gr. 50 o Gr. 55 ASTM A913 Gr. 50 Gr. 60 o Gr. 65

Ry

Rt

1,5 1,3 1,1

1,2 1,1 1,1

ASTM A588, ASTM A992 ASTM A1043 Gr. 50 ASTM A529 Gr. 50 ASTM A529 Gr. 55 Secciones tubulares estructurales (HSS)

1,2 1,2 1,1

1,1 1,2 1,2

ASTM A500 (Gr. B o C), ASTM A501

1,4

1,3

ASTM A53

1,6

1,2

Planchas, Flejes y Platinas ASTM A36 ASTM A1043 Gr. 36 ASTM A1011 HS LAS Gr. 55 ASTM A572 Gr. 42 ASTM A572 Gr. 50, Gr. 55, ASTM A588

1,3 1,3 1,1 1,3 1,1

1,2 1,1 1,1 1,0 1,2

1,2

1,1

1,25

1,25

Tubos

ASTM 1043 Gr. 50 Acero de Refuerzo ASTM A615 Gr. 60, ASTM A706 Gr. 60


Soldaduras para sistemas resistentes a sismo Todas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben ser hechos con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente: Tabla 13.3.1 Propiedades mecánicas para Soldaduras de Sistemas Resistentes a Sismos Propiedad

Clasificación 480 MPa (70 ksi)

550 MPa (80 ksi)

Esfuerzo de fluencia

400 MPa min.

470 MPa min.

Esfuerzo de rotura

480 MPa min.

550 MPa min.

22 % min.

19 % min.

Elongación Tenacidad CVN

27 J min. @ - 18 ºC a

a Materiales

de aporte que cumplan con 27 J mínimo, a una temperatura menor de – 18 ºC también cumplen este requisito.


Soldaduras de demanda critica Se designan soldaduras de demanda crítica aquellas hechas con material de relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente: Tabla 13.3.2 Propiedades mecánicas para las Soldaduras de Demanda Critica Propiedad

Clasificación 480 MPa (70 ksi)

550 MPa (80 ksi)

Esfuerzo de fluencia

400 MPa min.

470 MPa min.

Esfuerzo de rotura

480 MPa min.

550 MPa min.

22 % min.

19 % min.

Elongación Tenacidad CVN

54 J min. @ 20 ºC b, c

b Para

Temperatura mínima de servicio esperada (LAST) de + 10 ºC. Para LAST menor que + 10 ºC ver AWS D1.8/D1.8M numeral 6.3.6. c Ensayos ejecutados de acuerdo con AWS D1.8/D1.8M anexo A que cumplen con 54 J mínimo, a una temperatura menor de + 20 ºC también cumplen este requisito.


Ejemplo: SCBF Arrisotre y Conexión del Arriostre Para dimensionar el elemento La fuerza esperada se calcula con las combinaciones de carga de la norma La Resistencia se calcula con el mínimo valor de Fy


Ejemplo: SCBF Arriostre y Conexión del Arriostre

Ry Fy Ag La fuerza axial requerida en el elemento arriostre será aquella que produzca la fluencia del miembro arriostre = Ry Fy Ag


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