Zavala SeismicDesign Parte 1

FIC-UNI Escuela de Post Grado

Comportamiento de Estructuras de Acero

Diseño Sísmico

Dr. Ing. Carlos ZAVALA

czavala@uni.edu.pe

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

Collapse of

Masonry Buildings

Collapse of Timber

Buildings

Other Causes

Landslides

Collapse of RC Buildings

Collapse of

Masonry Buildings

Collapse of Timber

Buildings

Other Causes

Landslides Collapse of RC Buildings

Perdidas por Terremoto: 1900 - 1949

(795,000 perdidas)

Perdidas por Terremoto: 1950 - 1990

(583,000 perdidas)

Fuente: Michael D. Engelhardt

Daños en edificaciones IndustrialesSismo de Maule 2010

Fuente: Ruben Borosheck

Fuente: Ruben Borosheck & Asociados

Fuente: Eduardo Miranda

Daños No EstructuralesSismo de Northridge 1994

Daños No EstructuralesSismo de Maule 2010

Aeropuerto de Santiago

Fuente: Ruben Borosheck & Asociados

Daños No EstructuralesSismo de Maule 2010Estantería Metalica

Daños No EstructuralesSismo de Tohoku 2011

Sismo de Atico 2001

Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua

Sismo de Atico 2001

Daños Grúa

Edificio de Turbinas

Planta Termal de ILO, Moquegua

Sismo de Atico 2001

Daños en Edificio de Turbinas

Desplome de Grua

Sismo de Atico 2001

Desplome de Paneles en Edificio de Turbinas

Sismo de Northridge 1994

California - USA

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

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

HDuctildad = Deformation Inelastica

Δyield Δfailure

Factor de Ductilidad μ =Δfailure

Δyield

Diseño Dúctil

Fuerza

Ductilidad Requerida

Helastic

3/4 *Helastic

1/2 *Helastic

1/4 *Helastic

HDuctilida = Fluencia

Falla = Rotura o Inestabilidad

Ductilidad Estructuras de Acero: Fluencia

Modos de Falla NO Dúctiles: 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.

(a) (b)

Ejemplos:

(a) Comportamiento mas dúctil

(b) Comportamiento menos dúctil

Muestra de Comportamientos Ductiles

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

AISC Seismic Provisions:

Material Properties for Determination of Required Strength of Members and Connections

Expected Yield Strength = Ry Fy

Expected Tensile Strength = 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

Hot-Rolled Shapes and Bars:

ASTM A36 1.5 1.2

ASTM A572 Gr 42 1.1 1.1

ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55;

ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588;

A1011 HSLAS Gr 50 1.1 1.1

ASTM A529 Gr 50 1.2 1.2

ASTM A529 Gr 55 1.1 1.2

Hollow Structural Sections (HSS):

ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501 1.4 1.3

ASTM A53 1.6 1.2

Plates:

ASTM A36 1.3 1.2

ASTM A572 Gr50; ASTM A588 1.1 1.2

Application Ry Rt

Ejemplo: A36 ángulos usados en Pórticos Especiales con Arriostre Concéntrico (SCBF)

Fy = 36 ksi

Fu = 58 ksi

Ry Fy = 1.5 36 ksi = 54 ksi

Rt Fu = 1.2 58 ksi = 70 ksi

Ejemplo: A992 Perfiles W usados en pórticos especiales de momento (SMF)

Fy = 50 ksi

Fu = 65 ksi

Ry Fy = 1.1 50 ksi = 55 ksi

Rt Fu = 1.1 65 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.

Aplicación Ry Rt

Secciones roladas y barras

ASTM A 1,5 1,2

ASTM A1043 1,3 1,1

ASTM A572 Gr. 50 o Gr. 55 1,1 1,1

ASTM A913 Gr. 50 Gr. 60 o Gr. 65

ASTM A588, ASTM A992

ASTM A1043 Gr. 50 1,2 1,1

ASTM A529 Gr. 50 1,2 1,2

ASTM A529 Gr. 55 1,1 1,2

Secciones tubulares estructurales (HSS)

ASTM A500 (Gr. B o C), ASTM A501 1,4 1,3

TubosASTM A53 1,6 1,2

Planchas, Flejes y Platinas

ASTM A36 1,3 1,2

ASTM A1043 Gr. 36 1,3 1,1

ASTM A1011 HS LAS Gr. 55 1,1 1,1

ASTM A572 Gr. 42 1,3 1,0

ASTM A572 Gr. 50, Gr. 55, ASTM A588 1,1 1,2

ASTM 1043 Gr. 50 1,2 1,1

Acero de Refuerzo

ASTM A615 Gr. 60, ASTM A706 Gr. 60 1,25 1,25

TABLA 13.2

Valores Ry y Rt para material de acero estructural

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.

Elongación 22 % min. 19 % min.

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 cumpleneste requisito.

Soldaduras para sistemas resistentes a sismoTodas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben serhechos con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadrosiguiente:

Tabla 13.3.1

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.

Elongación 22 % min. 19 % min.

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 verAWS 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 unatemperatura menor de + 20 ºC también cumplen este requisito.

Soldaduras de demanda criticaSe designan soldaduras de demanda crítica aquellas hechas con material de relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente:Tabla 13.3.2

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

La fuerza axial requerida en el elemento

arriostre será aquella que produzca la

fluencia del miembro arriostre = Ry Fy Ag

Ry Fy Ag

Zavala SeismicDesign Parte 1

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