ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016) -...

ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016)

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Investigador

[email protected]

Luis Eduardo Pérez Rocha

ANTECEDENTES

MDOC – DS – 1993: Regionalización sísmica (Zonas A, B, C, D)Microzonificación sísmica (Terrenos I, II, III)Espectros Regionales (Tabla de parámetros)

Terreno tipo I

Terreno tipo II

Terreno tipo III

Ts

c

Tc

MDOC – DS – 2008: Mapa continuo de aceleraciones en roca Factores de sitio, respuesta y no linealesEspectros de sitio (variaciones continuas)

r0a

FILOSOFÍA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO

Exploración del subsuelo en función

de la clasificación estructural

Específicos de sitio

Regionales

De aceleración constante

Detallada

Básica

Clasificación estructural

Construcción de espectros de diseño en

función de la clasificación estructural

Grupo: A+, A y B

Clase: I y II

Transparentes (sin factores ajenos al peligro)

Tender correctamente al desplazamiento del terreno

Servicio y colapso para edificios

Espectros de diseño

Clasificación Clase 1 Clase 2

Grupo A+Todas las estructuras de gran importancia del sector energético o

industrial

Grupo AA1: Pertenece o se relaciona

con el sector energético o industrial

A2: No pertenece ni se relaciona con el sector energético o industrial

Grupo BB1: Altura mayor que 13 m o

área en planta mayor que 300 m2

B2: Altura menor o igual que 13 m y área en planta menor

o igual que 300 m2

Clasificación Clase 1 Clase 2

Grupo A+Todas las estructuras de gran importancia del sector energético o

industrial

Grupo AA1: Pertenece o se relaciona

con el sector energético o industrial

A2: No pertenece ni se relaciona con el sector energético o industrial

Grupo BB1: Altura mayor que 13 m o

área en planta mayor que 300 m2

B2: Altura menor o igual que 13 m y área en planta menor

o igual que 300 m2

CLASIFICACIÓN ESTRUCTURAL

EXPLORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL TERRENO POR ESTRUCTURA

Clasifi

caciónNivel de exploración dinámica del terreno

Caracterización

del terreno

A+ y A1Exploración detallada: Propiedades dinámicas del

perfil estratigráficoMedio estratificado

A2 y B1

Exploración básica: Determinación de periodo,

velocidad de ondas de corte y espesor del depósito

idealizado como manto homogéneo

Tipos de terreno

I, II y III

B2 No requerida Suelo general

Clasifi

caciónNivel de exploración dinámica del terreno

Caracterización

del terreno

A+ y A1Exploración detallada: Propiedades dinámicas del

perfil estratigráficoMedio estratificado

A2 y B1

Exploración básica: Determinación de periodo,

velocidad de ondas de corte y espesor del depósito

idealizado como manto homogéneo

Tipos de terreno

I, II y III

B2 No requerida Suelo general

Hi, Vsi, ii

Roca Vs>720m/s

Se encuentra roca

H=30m

Métodos

directos

Barreno de

exploración

“Cross-Hole”, “Down-Hole”, sonda suspendida, cono sísmico y dilatómetro sísmico.

La determinación de los pesos volumétricos y amortiguamientos se recomiendan las pruebas dinámicas de laboratorio.

Estructuras A+ y A1:


Hi, Vsi, ii

Roca Vs=1000m/s

Hi, Vsi, ii

Roca Vs=1000m/s

Hp, Vsp, pp

s VAs VA

Hp

Amplitud

espectralMeseta

espectral

+

No se encuentra roca:

Se analizan dos estratigrafías

Inferencia

métodos

indirectos

Estructuras A2 y B1:


HS

Estudios geotécnicos para el diseño de la

cimentación, prueba de penetración estándar,

sondeo eléctrico vertical y sondeo

electromagnético por transitorios

VS

Prueba de dispersión de ondas, tendidos de

refracción, Down-hole

TS Prueba de vibración ambiental

CasoCombinación

de datos

Determinación

del espesor

Determinación

de la

velocidad

1 HS y VS HS VS

2 HS y TS HS VS =4HS / TS

3 TS y VS HS =VS TS / 4 VS

CasoCombinación

de datos

Determinación

del espesor

Determinación

de la

velocidad

1 HS y VS HS VS

2 HS y TS HS VS =4HS / TS

3 TS y VS HS =VS TS / 4 VS

2m 30m Hs(m)

Terreno II

Terreno III

Terreno I

Vs(m/s2)

720m/s

360m/s

2m 30m Hs(m)

s

ss

v

H4T

Estructuras B2:

Para estructuras B2 no se requiere especificar el tipo de

terreno

VARIACIÓN CONTINUAPROGRAMA PRODISIS (enfoque probabilista):•Aceleración máxima del terreno ( ) o espectro de peligro uniforme para el nivel de referencia ER•Aceleración máxima del terreno o espectro de respuesta para un periodo de retorno especificado

r0a

PELIGRO SÍSMICO EN ROCA

Revisión de fallas locales activas para estructuras A1 y A+ Se debe realizar un estudio de sismotectónica para identificar fuentes sismogénicas activas. En caso de encontrar fallas no consideradas por el programa PRODISIS habrá que tomar en cuenta sus efectos mediante espectros deterministas.

r0a

REGIONALIZACIÓN SÍSMICA

Aceleración máxima del terreno en roca,

correspondiente al nivel de referencia ER (cm/s2)Zona

Intensidad

sísmica

> 200 D Muy Alta

100 < < 200 C Alta

50 < < 100 B Moderada

< 50 A Baja

Aceleración máxima del terreno en roca,

correspondiente al nivel de referencia ER (cm/s2)Zona

Intensidad

sísmica

> 200 D Muy Alta

100 < < 200 C Alta

50 < < 100 B Moderada

< 50 A Baja

r0a

r0a

r0a

r0a

Espectro de respuesta probabilista

Espectro de Referencia (ER). Es el espectro para edificios del grupo B que se toma como nivel de seguridad mínimo (PRODISIS).

Espectro para Periodo de Retorno (EPR). Es el espectro para un periodo de retorno especificado por una norma internacional, nacional o por autoridades competentes, siempre que éste tenga un nivel de seguridad similar o superior al ER.

Espectro de respuesta determinista

Espectro Máximo Creíble (EMC). Es el envolvente de los espectros para cada una de las fuentes sísmicas más desfavorables. Para cada fuente, el espectro se obtiene con la magnitud máxima creíble y la distancia mínima al sitio, considerando el percentil 84 (Ley de atenuación).

ESPECTROS DE RESPUESTA SÍSMICA

ESPECTRO DE RESPUESTA EN ROCA POR ESTRUCTURA

Clasificación ESPECTRO DE RESPUESTA PARA CADA TIPO ESTRUCTURAL FIE

B2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.0


A2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.5

A1

Alguno de los siguientes espectros (según las especificaciones del proyecto)

a) Espectro probabilista para periodo de retorno especificado EPR 1.0

b) Espectro determinista máximo creíble EMC menor que el EPR para Tr=2475 1.0

c) Espectro probabilista de referencia ER 1.5

d) Envolvente de a, b y c 1.0

A+


a) Espectro probabilista a periodo de retorno especificado EPR 1.0


c) Lo que indique una norma oficial nacional o internacional 1.0

d) Espectro probabilista de referencia ER 1.75

e) Envolvente de a, b y d 1.0

f) Envolvente de c y d 1.0

Clasificación ESPECTRO DE RESPUESTA PARA CADA TIPO ESTRUCTURAL FIE



A2 Espectro probabilista de referencia ER (sólo se requiere ) 1.5

A1


a) Espectro probabilista para periodo de retorno especificado EPR 1.0


c) Espectro probabilista de referencia ER 1.5

d) Envolvente de a, b y c 1.0

A+


a) Espectro probabilista a periodo de retorno especificado EPR 1.0


c) Lo que indique una norma oficial nacional o internacional 1.0

d) Espectro probabilista de referencia ER 1.75

e) Envolvente de a, b y d 1.0

f) Envolvente de c y d 1.0

r0ar0a

r0a

ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO

ce

2

e

c

2

e

c

r

c

b

ceb

r

e

b

bea

ae

a

eoo

TTsiT

T

T

Tk-1k

T

Tc

TTT si;T

Tc

TTTsic;

TTsiT

Ta-ca

a

;

;

g

)Sa(Ta e


Parámetros espectrales para estructuras A+ y A1 (Espectros Específicos de Sitio)

1. Determinación del (los) espectro(s) de peligro uniforme en roca según las especificaciones

2. Calcular acelerogramas sintéticos en roca, que cumplan con el contenido energético del EPU



3. Calcular la función de transferencia del sitio 4. Calcular acelerogramas sintéticos en la superficie del suelo



5. Calcular espectros de respuesta en suelo, elásticos e inelásticos, para el amortiguamiento y ductilidades de interés. Calcular los promedios

6. Obtener los parámetros del espectro de diseño deforma que se protejan todas las ordenadas espectrales,para todo y periodo y toda ductilidad

7. Repetir pasos 5 y 6 para otros amortiguamientos

Parámetros espectrales para estructuras A2 y B1 (Espectros Regionales)

g

Faa Sit

r0

0

sRe0 Fac Espectros de diseño para 5% de amortiguamiento estructural

SitF sReF=Factor de Sitio

290

200a0.62.1II)(D,F

100

100a0.32.4II)(C,F

50

50a0.12.5II)(B,F

2.5II)(A,F

r

0Sit

r

0Sit

r

0Sit

Sit

290

200a0.62.2III)(D,F

100

100a0.32.5III)(C,F

50

50a0.12.6III)(B,F

2.6III)(A,F

r

0Sit

r

0Sit

r

0Sit

Sit

290

200a0.63.4II)(D,F

100

100a0.43.8II)(C,F

50

50a0.24.0II)(B,F

4.0II)(A,F

r

0Res

r

0Res

r

0Res

Res

290

200a0.83.8III)(D,F

100

100a0.54.3III)(C,F

50

50a0.34.6III)(B,F

4.6III)(A,F

r

0Res

r

0Res

r

0Res

Res

1(I)F Sit 5.2(I)F Res

Terreno I Terreno II Terreno III

A

D

Terreno I Terreno II Terreno III

A

D

80c,32a r

0

2280c,784a r

0 2058c,735a r

0 1225c,490a r

0

320c,80a r

0 390c,84a r

0

Zona Tipo de

terrenoTa(s) Tb(s) Tc(s) k r

A

I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2

II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3

III 0.4 2.9 2.9 0.5 1

B

I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2

II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3

III 0.4 2.9 2.9 0.5 1

C

I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2

II 0.2 1.5 2.0 1.0 2/3

III 0.2 2.5 2.5 0.5 1

D

I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2

II 0.1 1.4 2.0 1.0 2/3

III 0.1 2.0 2.0 0.5 1

Zona Tipo de

terrenoTa(s) Tb(s) Tc(s) k r

A

I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2

II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3

III 0.4 2.9 2.9 0.5 1

B

I 0.1 0.6 2.5 1.5 1/2

II 0.2 1.6 2.5 1.0 2/3

III 0.4 2.9 2.9 0.5 1

C

I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2

II 0.2 1.5 2.0 1.0 2/3

III 0.2 2.5 2.5 0.5 1

D

I 0.1 0.6 2.0 1.5 1/2

II 0.1 1.4 2.0 1.0 2/3

III 0.1 2.0 2.0 0.5 1

=Factor de Respuesta


Parámetros espectrales para estructuras A2 y B1 (Espectros Regionales)


Parámetros espectrales para estructuras B2 (Espectro

de Aceleración Constante)

cg

Saa

g

FFac sReSit

r0

Zona

sísmicaFSit FRes

A 2.7 4.6

B 2.7 4.6

C 2.6 4.3

D 2.4 3.8

Zona

sísmicaFSit FRes

A 2.7 4.6

B 2.7 4.6

C 2.6 4.3

D 2.4 3.8

EstructurasEspectro de respuesta

en roca

Revisión

de fallas

activas

Exploración

dinámica

del terreno

Caracterización

del terreno

Espectros

de diseño

A+, A1

Espectro Probabilista

para periodo de Retorno

Especificado (EPR)

o

Espectro Probabilista de

Referencia (ER)

o

Espectro Determinista

Máximo Creíble (EMC) o

Otra norma o

especificación

o

Envolvente de estos

Si DetalladaMedio

estratificado

Específicos

de sitio

A2, B1Espectro Probabilista de

Referencia (ER)No Básica

Terrenos Tipo

I, II y IIIRegionales

B2Espectro Probabilista de

Referencia (ER)No No requerida Suelo general

Constante

con Te

EstructurasEspectro de respuesta

en roca

Revisión

de fallas

activas

Exploración

dinámica

del terreno

Caracterización

del terreno

Espectros

de diseño

A+, A1

Espectro Probabilista

para periodo de Retorno

Especificado (EPR)

o

Espectro Probabilista de

Referencia (ER)

o

Espectro Determinista

Máximo Creíble (EMC) o

Otra norma o

especificación

o

Envolvente de estos

Si DetalladaMedio

estratificado

Específicos

de sitio

A2, B1Espectro Probabilista de

Referencia (ER)No Básica

Terrenos Tipo

I, II y IIIRegionales

B2Espectro Probabilista de

Referencia (ER)No No requerida Suelo general

Constante

con Te

RESUMEN DE ESPECTRO DE DISEÑO SÍSMICO

EJEMPLOS

Ejemplo 1Construir el Espectro Regional para una estructura del grupo B1, que se localiza en la ciudad de Puebla y comparar con MDOC-1993.

De acuerdo a los estudios geotécnicos básicos realizados para la exploración del terreno, se obtuvieron los siguientes resultados:

-Periodo dominante del terreno: -Espesor del depósito de suelo:-Velocidad de propagación de ondas en el estrato de suelo equivalente:

s 5.0Ts m 25Hs

s/m 400vs

TI

TII

TIII

Hs=25 Hs=50

vs = 200

vs = 400 Caso 1 Caso 2

Caso 3

Caso Datos (m)Hs )s/m( vs

Tipo de

terreno

1 m 25Hs y s/m 400vs 25 400 II

2 s 5.0Ts y s/m 400vs 504/TvH sss 400 II

3 m 25Hs y s 5.0Ts 25 200/T4Hv sss III

Terreno tipo III

6327.2100

10082.1164.07.2

100

100a4.07.2F

r0

Sit5

8495.3100

10082.1163.09.3

100

100a3.09.3F

r0

Res

2r0Sit0 s/cm5544.30782.1166327.2aFa

20sRe s/cm94.183,15544.3078495.3aFc

MDOC Zona Tipo de

terreno

ao

(cm/s2)C (cm/s2) Ta (s) Tb (s) Tc (s) k r

1993 B III 196.2 706.32 0.6 2.9 - - 1

2015 C III 307.55 1183.94 0.2 2.0 2.0 0.5 1

EJEMPLOS

Ejemplo 1

Zona C

•El espectro de referencia en roca•Una familia de 10 acelerogramas sintéticos en roca •Obtener la función de transferencia del sitio considerando las incertidumbres en las propiedades del suelo. Clasificar al terreno para fines comparativos•Los acelerogramas sintéticos en la superficie del suelo•Los espectros de respuesta para 5% de amortiguamiento, para la superficie del suelo. Considerar que las estructuras proyectadas pueden diseñarse hasta para una ductilidad de Q=3•El espectro de diseño específico de sitio•Una tabla comparativa con los parámetros de los espectros de diseño que se obtienen sin y con incertidumbres en las propiedades dinámicas del suelo

EJEMPLOS

Ejemplo 2Calcular el espectro de diseño específico de sitio sin considerar factores de importancia estructural (Estructura del grupo B1). Tomar como movimiento en roca al espectro de referencia (ER) que proporciona el programa PRODISIS. Se cuenta con la información detallada del perfil estratigráfico. Obtener:

EJEMPLOS

Ejemplo 2

Espectro de referencia (ER) para un sitio en la ciudad de Puebla.

Estrato h (m) CVh vs (m/s) CVV γs (t/m3) CVγ ζs CVζ

1 1 0.2 177 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15

2 1 0.2 203 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15

3 1 0.2 181 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15

4 1 0.2 211 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15

5 1 0.2 198 0.35 1.42 0.25 0.05 0.15

6 1 0.2 254 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15

7 1 0.2 311 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15

8 1 0.2 263 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15

9 1 0.2 230 0.35 1.47 0.25 0.05 0.15

10 1 0.2 263 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

11 1 0.2 235 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

12 1 0.2 273 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

13 1 0.2 256 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

14 1 0.2 287 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

15 1 0.2 308 0.35 1.52 0.25 0.05 0.15

16 1 0.2 256 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

17 1 0.2 236 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

18 1 0.2 245 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

19 1 0.2 267 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

20 1 0.2 255 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

21 1 0.2 285 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

22 1 0.2 278 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

23 1 0.2 289 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

24 1 0.2 265 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

25 1 0.2 276 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

26 1 0.2 315 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

27 1 0.2 322 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

28 1 0.2 330 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

29 1 0.2 332 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

30 1 0.2 336 0.35 1.8 0.25 0.05 0.15

∞ - 720 0.5 2 0.2 - -

EJEMPLOS

Ejemplo 2

Propiedades dinámicas del perfil estratigráfico

EJEMPLOS

Ejemplo 2 Espectros de respuesta y diseño, elásticos e inelásticos

Espectro de diseño )s/cm(a 20 )s/cm(c 2

)s(Ta )s(Tb )s(Tc r k b/a

c/a

a) Regional Z B – T III (1993) 196.2 706.32 0.2 2.0 2.0 1 0.5 1

b) Regional Z C – T III (2015) 307.55 1183.94 0.2 2.0 2.0 1 0.5 1.68

c) Específico de sitio 255.06 824.04 0.135 0.4 2.0 1 0.5 1.17

CONCLUSIONES

Se ha descrito la filosofía para la construcción de los espectros de diseño de la nueva versión del Capítulo de Diseño por Sismo del MDOC de CFE. Los puntos más relevantes son:

Clasificación de estructuras por Grupo y Clase (A+, A1, A2, B1 y B2)

Exploración del terreno que depende de la clasificación estructural: Detallada (A+ y A1)Básica (A2 y B1)No requerida (B2)

Espectro de diseño que depende de la clasificación estructural:Específicos de sitio (A+ y A1)Regionales (A2 y B1)Aceleración constante (B2)

Se diseñó un ejemplo para mostrar las diferencias entre los espectros Específicos de sitio, Regionales, y Regionales 1993. El sitio fue Ciudad de Puebla

Muchas gracias

ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016) -...

Documents

Transcript of ESPECTROS DE DISEÑO SÍSMICO (CFE 2016) -...