VERIFICACION DEL
DESEMPEÑO SISMICOMetodología y Ejemplos
Ing. Adolfo Gálvez Villacorta, MSc
IX CONVENCION INTERNACIONAL
LIMA – Noviembre 2010
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
Código de Hammurabi, 760 (AdC)
• ...• 228.- Si un arquitecto hizo una casa para otro y la terminó,
el hombre le dará por honorarios 2 siclos de plata por SAR de superficie.
• 229.- Si un arquitecto hizo una casa para otro, y no la hizo sólida, y si la casa que hizo se derrumbó y ha hecho morir al propietario de la casa, el arquitecto será muerto.
• 230.- Si ella hizo morir el hijo del propietario de la casa, se matará al hijo del arquitecto.
• 231.- Si hizo morir al esclavo del dueño de la casa, dará al propietario de la casa esclavo como esclavo (un esclavo equivalente).
• 232.- Si le ha hecho perder los bienes, le pagará todo lo que se ha perdido, y, porque no ha hecho sólida la casa que construyó, que se ha derrumbado, reconstruirá a su propia costa la casa.
• 233.- Si un arquitecto hizo una casa para otro y no hizo bien las bases, y si un nuevo muro se cayó, este arquitecto reparará el muro a su costa.
• …
El DESEMPEÑO ya era deseado y exigido…
Referencia: FEMA 451
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
¿QUE ES EL DESEMPEÑO?
• Es una declaración CUALITATIVA, de una NECESIDAD HUMANA, usualmente en la forma de un atributo, que una entidad física, proceso o persona debe poseer y demostrar.
• Caracterización, Medida y Predicción son conceptos fundamentales y necesarios para enunciar dicha declaración.
PRESCRIPTIVO VERSUS DESEMPEÑODos Polos Opuestos…
• PRESCRIPTIVO
• 21.10.2 Diseño de Muros
• 21.10.2.1 Las fuerzas de diseño y los espesores mínimos de los muros se ajustarán a lo dispuesto en 21.9.2 y 21.9.3.
• 21.10.2.2 El refuerzo distribuido horizontal y vertical se ajustará a lo dispuesto en 21.9.4 con las siguientes salvedades:
• i. Se podrá usar malla electrosoldada como refuerzo repartido de los muros en edificios de hasta 3 pisos y, en el caso de mayor número de pisos, se podrá usar mallas sólo en los pisos superiores, se deberá usar acero que cumpla con 21.3.3 en el tercio inferior de la altura.
• ii. El requisito de 21.9.4.3.b podrá obviarse.
• 21.10.2.3 Si se usa malla electrosoldada, para el diseño de muros, deberá emplearse como esfuerzo de fluencia, el valor máximo de fy = 420 MPa.
• DESEMPEÑO
• Se debe cumplir con suministrar un nivel aceptable de probabilidad de colapso frente a cargas extremas.
• Un sistema estructural es satisfactorio si su probabilidad de colapso frente a un peligro sísmico con 2% de probabilidad de ser excedido en 50 años, es igual o menor al 10%.
¿Por que usamos lo Prescriptivo?
• Es SIMPLE de Diseñar.• Es SIMPLE de Verificar.• A veces lo simple puede resultar
económico.• No necesitamos Re-Inventar la
Rueda o la Pólvora en cada Proyecto.
• Una vez que lo aprendemos, no necesitamos aprender nuevamente, en un largo periodo de tiempo…
¿Puntos Débiles de lo Prescriptivo?
• La perdida de RACIONALIDAD nos lleva a perder habilidades para enfrentar los cambios.
• Cuando se pierde la capacidad de Innovar, terminamos enfrentando perdidas económicas.
• La perdida de Racionalidad también nos lleva a incumplir nuevos principios desarrollados.
¿Puntos Débiles del Desempeño?
• Criterios Cuantitativos– Difíciles de Desarrollar
– Difíciles de Consensuar
• Procedimientos de Evaluación:– La capacidad de MEDICION es la
clave; debemos encontrar como medir, sea analíticamente o experimentalmente, los parámetros importantes.
INGENIERIA BASADA EN DESEMPEÑO
• El Desempeño intenta limitar las CONSECUENCIAS a limites aceptables de uno o mas peligros considerados.
• Los Peligros considerados:– Viento
– Fuego
– Nieve
– Cargas Vivas Extremas
– TERREMOTOS
Todo Diseño BUSCA conseguir un Desempeño que …
• Proteja la SEGURIDAD PUBLICA, minimizando el riesgo de que:– Se presenten incendios
incontrolables
– Se Produzcan COLAPSOS estructurales
– Se diseminen enfermedades
• Limite el MALESTAR de los ocupantes expuestos a:– Ruidos
– Vibraciones
– Clima
La Mayoría de Normas no buscan Desempeño
• Las Normas típicamente PRESCRIBEN reglas de Diseño y Construcción:– Creyéndose capaces de
obtener el desempeño esperado …
– Mayormente apoyadas en desempeños anteriores inadecuados o fallidos …
Los que Seguimos estas Normas …
• Aprendemos a SEGUIR reglas pero eso nos lleva a que:– No conocemos de donde vienen las
reglas.– No Sabemos PORQUE las reglas
requieren ciertas prescripciones.– No ENTENDEMOS el desempeño
buscado.– No SABEMOS CAMBIAR las reglas para
buscar otros desempeños.– Nos cambian las reglas y nos
quedamos en la mayor orfandad …– NO SABEMOS QUE HACER CUANDO
NOS MUEVEN EL QUESO …
El Diseño Basado en Desempeño …
• Requiere entender:– El Desempeño deseado.
– La relación entre las características del diseño y el desempeño.
• Obliga al Diseñador a PREDECIR el desempeño esperado dado que un evento de diseño se ha presentado.
LIMITACIONES NORMA SISMORRESISTENTE E.030• Solamente UN NIVEL (Seguridad de Vida) de
DESEMPEÑO es verificado.
• Solamente un nivel de Peligro (Espectro de Diseño) Sísmico es aplicado.
• Análisis Lineal, Estático o Dinámico, que no incorpora las incertidumbres de las respuestas por desplazamiento, siendo bastante acertadas las respuestas por resistencias.
• No hay Criterios de Respuesta Local para definir aceptación.
VENTAJAS DEL DSBD
• Múltiples Niveles de Desempeño son verificados.
• Múltiples Niveles de Peligro Sísmico son aplicados.
• Suelen usarse Análisis No Lineales.
• Criterios de Aceptación local detallados:– Para Elementos Estructurales.
– Para Elementos No Estructurales.
INGENIERIA SISMICABASADA EN DESEMPEÑO
Paso 1MODELO
ESTRUCTURAL
Paso 2DEMANDA
PELIGRO SISMICO
Paso 3RESPUESTA
ESTRUCTURAL
Paso 4VERIFICACION DEL DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
>>>>>>>> SEGÚN OBJETIVO de DESEMPEÑO <<<<<<<<
DESEMPEÑOS OBJETIVOS
• INGENIERO:
• El Peligro y el Desempeño deben de poder ser CUANTIFICABLES
Para que el Diseño Sísmico Basado en Desempeño sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas
DESEMPEÑOS OBJETIVOS
• CLIENTE:
• El Peligro debe ser entendible y el Desempeño debe ser entendible y útil.
Para que el Diseño Sísmico Basado en Desempeño sea exitoso, las necesidades del CLIENTE y de su INGENIERO, deben ser satisfechas
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
PELIGRO SISMICO
El DISEÑO debe de dotar de Resistencia, Rigidez, Redundancia y Capacidad de Disipación de Energía a la estructura para enfrentar La INTENSIDAD y los CONTENIDOS DE FRECUENCIA del movimiento del suelo.
PELIGRO SISMICO
• Determinístico:– Sismo de Magnitud “x”
causado por la falla “y”
• Probabilístico:– Evento de Diseño con
“x” % de probabilidad de ser excedido en “y” años
PELIGRO DETERMINISTICO
Es sencillos de entender, pero existe una INCERTIDUMBRE considerable acerca de cuan fuerte el movimiento asociado al evento, puede ser.
PELIGRO PROBABILISTICO
• Necesitamos que El Cliente piense en forma Probabilística.
• Ya lo hace en los siguientes casos:– Costo Probable de Alquileres
– Costo Probable de Construcción.
– Retorno Probable de la Inversión.
– Probable duración del Proyecto.
COSTA PERUANA
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
NIVEL DE DESEMPEÑO
• Dado que el evento ”Peligro Sísmico” ha ocurrido, es el daño aceptable que la respuesta estructural implica.
NIVEL DE DESEMPEÑO Respuestas Esperadas
• PROPIETARIO / CLIENTE– ¿Quedará SEGURO el Edificio?
– ¿Podre USARLO después del Sismo?
– ¿Cuánto COSTARA Repararlo?
– ¿Cuánto DURARA la Reparación?
• INGENIERO– El Edificio, cuanto mostrará de:
• Fluencia y Agrietamiento
• Pandeo y Deformación Permanente
• Daños Estructurales y No Estructurales
NIVELES COMUNES EN ELDESEMPEÑO
TOTALMENTEOPERATIVO
OCUPACIONINMEDIATA
SEGURIDADE VIDA
PREVENCIONCOLAPSO
DAÑO O PERDIDA0% 99%
NIVELOPERACIONAL
• DAÑO Estructural y No Estructural DESPRECIABLE.
• Ocupantes Seguros durante Evento.
• Líneas de Vida disponibles.
• Listo para usar, algo de limpieza.
• Perdidas < 5% V. Reposición.
NIVELOCUPACION INMEDIATA
• DAÑO Estructural despreciable; Daño No Estructural mínimo.
• Ocupantes Seguros durante Evento.
• Líneas de Vida interrumpidas pero re conectables.
• Seguro de Ocupar, pero funcionalidad podría no ser inmediata.
• Perdidas < 15% V. Reposición.
NIVELSEGURIDAD DE VIDA
• DAÑO Estructural significativo; Daño No Estructural muy extenso.
• Pueden Ocurrir Victimas, ~1/100.000 afectados.
• Líneas de Vida interrumpidas.
• No Ocupar hasta reparar.
• Perdidas < 30 % V. Reposición.
NIVELPREVENCION DE COLAPSO
• Daño Estructural y No Estructural casi completo, Colapsos Esperados ~4/100.000 unidades.
• Se Presentan Victimas Mortales, ~1/100.000 afectados.
• Líneas de Vida interrumpidas.
• Reparar puede ser poco practico y anti económico.
• Perdidas >> 30 % V. Reposición.
PISCO 15-AGOSTO-2007INFORMALIDAD = MAYOR RIESGO
Victimas x 100.000 Habitantes
58
27
306
ChinchaIcaPisco
Es difícil emitir un juicio de valor, sobre que Provincia de la Región de ICA presenta mas nivel de informalidad en la vivienda.
Suponemos que la Informalidad es mayor en Chincha y en Pisco que en Ica.
De ser así, la informalidad significa un riesgo de muerte de 100 a 700% mayor y un riesgo de colapso de 90 a 110% mayor.
La INFORMALIDAD:Cuesta y Mata
Colapsos x 100.000 Viviendas
33,600
16,470
31,000 ChinchaIcaPisco
Fuente INDECI y Autor
ComparemosColapsos 4 versus 31.000 / 100.000
Muertes 1 versus 306 / 100.000
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
D
F
Frecuente50% - 50 a
Raro10% - 10 a
Muy Raro2% - 50 a
Ocasional20% - 50 a
NIVELES DE DEMANDA SISMICACon
NIVELES DE DESEMPEÑO
NIVEL
DEL
DAÑO
PÓRTICOSDÚCTILES
PÓRTICOSNO
DÚCTILES
PÓRTICOSRELLENOS
CONALBAÑILERÍA
MUROSDÚCTILES
MUROSCHATOS
MUROSDE
DUCTILIDADLIMITADA
ALBAÑILERÍACONFINADA
NULO <0.20 <0.10 <0.10 <0.20 <0.10 <0.05 <0.04REPARABLE
LIGERO
MODERADO
0.40
<1.00
0.20
<0.50
0.20
<0.40
0.20
<0.80
0.20
<0.40
0.15
<0.30
0.10
<0.20IRREPARABLE
(> Fluencia)>1.00 >0.50 >0.40 >0.80 >0.40 >0.30 >0.32
SEVERO
(Colapso Parcial)1.80 0.80 0.70 1.50 0.70 0.50 0.40
COLAPSO >3.00 >1.00 >0.80 2.50 >0.80 >1.00 >0.50
Deformaciones (%) de Entrepiso y Daños Asociados
NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
Ope
rativ
oSe
gurid
adVi
daPr
even
ción
Col
apso
Col
apso
METODOLOGIA
• Antecedentes
• Definición y Necesidad
• Demanda y Peligro Sísmico
• Niveles de Desempeño
• Demandas, Niveles y Daños
• Objetivos de Desempeño
50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a
Operacional
Ocupación Inmediata
SeguridadDe Vida
Prevención de Colapso
OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica
Incr
emen
to d
el D
esem
peño
50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a
Operacional
Ocupación Inmediata
SeguridadDe Vida
Prevención de Colapso
OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica
Incr
emen
to d
el D
esem
peño
50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a
Operacional
Ocupación Inmediata
SeguridadDe Vida
Prevención de Colapso
OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica
Incr
emen
to d
el D
esem
peño
50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a
Operacional
Ocupación Inmediata
SeguridadDe Vida Norma
E.030
Prevención de Colapso
OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica
Incr
emen
to d
el D
esem
peño
50%-50a 20%-50a 10%-50a 2%-50a
Operacional
Ocupación Inmediata
SeguridadDe Vida Norma
E.030
Prevención de Colapso
ATC-63
ATC-58
OBJETIVOS DE VERIFICACIONIncremento Demanda Sísmica
Incr
emen
to d
el D
esem
peño
EJEMPLOVERIFICACION SISMICA
BASADA EN DESEMPEÑO
Pórtico No DúctilDe
Concreto Armado
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo Estructural
PASO 1: Modelo EstructuralCurva F - D
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
-0.0
2
-0.0
18
-0.0
16
-0.0
14
-0.0
12
-0.0
1
-0.0
08
-0.0
06
-0.0
04
-0.0
02 0
0.00
2
0.00
4
0.00
6
0.00
8
0.01
0.01
2
0.01
4
0.01
6
0.01
8
0.02
Drift
Fuer
za, k
N
d/L = 7.64ρ = 0.01
P/A f'c = 0.33
PASO 1: Modelo EstructuralCurva F - D
02468
1012141618202224262830323436384042444648505254565860
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37
Desplazamiento, mm
Fuer
za, k
N
(4.6,23.5)
(14.3,43.9)(28.7,51.5)
(34.6,29.1)
Ko=23.5/4.6=5.108
α=[(43.9-23.5)/(14.3-4.6)]/5.108=0.411
β =[(51.5-43.9)/(28.7-14.3)]/5.108=0.103
γ =[(29.1-51.5)/(34.6-28.7)]/5.108=-0.743
u=28.7/14.3=2.0
PASO 2: PELIGRO SISMICO Registro Directo
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duración, seg.
Ace
lera
ción
, gal
s.
PASO 2: PELIGRO SISMICO FRECUENTE
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.
Ace
lera
cion
, gal
s.
PASO 2:PELIGRO SISMICO OCASIONAL
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.
Ace
lera
cion
, gal
s.
PASO 2:PELIGRO SISMICO RARO
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.
Ace
lera
cion
, gal
s.
PASO 2:PELIGRO SISMICO MUY RARO
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Duracion, seg.
Ace
lera
cion
, gal
s.
PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - FRECUENTE
PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - OPERACIONAL
PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL - RARO
PASO 3:RESPUESTA ESTRUCTURAL – MUY RARO
Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO
Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO
Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO
Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO
Paso 3:RESPUESTA versus TIPO MODELO
Paso 3:RESPUESTA NORMA versus MODELO
Paso 3:RESPUESTA NORMA versus MODELO
Paso 3:RESPUESTA NORMA versus MODELO
Paso 3:RESPUESTA NORMA versus MODELO
Paso 4:VERIFICACION DEL DESEMPEÑO
NIVELDESEMPEÑO
DEMANDA(DRIFT %)
CAPACIDAD(DRIFT %)
¿CUMPLE?
Min Max Media Geométrica
Operacional 0.50 0.93 0.67 0.20 ¡NO!O Inmediata 0.68 1.62 0.86 0.50 ¡NO!
S de Vida 0.74 1.51 0.97 0.80 ¡NO!P de Colapso 1.14 2.80 1.79 1.00 ¡NO!
EJEMPLODISEÑO BASADO EN DESEMPEÑO
Estructura Metálica
Paso 1
Paso 1
Paso 2 /3Curva de Capacidad
MDOF Global/ID vs SDOF Global vs. E.030
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070
Drift
Cor
tant
e B
asal
, Kip
C Capacidad SDOF
MDOF GLOBAL
MDOF MAX ID
Global E.030
ID Max E.030
Max ID Permitido E.030
Push Over MDOF
Paso 4
NIVELDESEMPEÑO
DEMANDA(DRIFT %)
CAPACIDAD(DRIFT %)
¿CUMPLE?
Min Max Media Geométrica
O Inmediata 0.40 0.61 0.49 0.50 ¡SI!S de Vida 0.51 0.90 0.67 1.50 ¡SI!
P de Colapso 1.09 3.10 1.96 2.00 ¡SI!
Pendientes
• Análisis Dinámico Incremental
• Fragilidad de Colapso (ATC – 58)
• Determinación del Parámetros de Modificación de Respuesta Sísmica (ATC – 63)– “R” Factor Reducción de Fuerza Elástica
– “µy” Factor Amplificación Desplazamiento
GRACIAS