Download - Diseño Sismico Por Desempeño_2002
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo, UNI - FIC
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA CIVIL
INGENIERA CIVIL EN LA ACTUALIDAD19 de JUNIO del 2002
DISEO SSMICO PORDESEMPEO
(Performance Based Design)
DISEO SSMICO PORDISEO SSMICO PORDESEMPEODESEMPEO
(Performance Based Design)(Performance Based Design)
Dr. Javier Piqu del PozoIng Javier Taype
FIC - UNI
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC
INTRODUCCIN
Experiencias desismos en los
ltimos 15 aosmuestran elevadasprdidas de vidas y
econmicas
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HUARZ 1970HUARZ 197067 000 muertos
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Edificios Edificios NigataNigata, Japn 1964: , Japn 1964: Licuacin de suelos
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Hospital Hospital Olive View Olive View Cal. San Fernando, 1971 Cal. San Fernando, 1971Irregularidades, piso blando
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KobeKobe, 1995, 19955000 muertos
$ 200 000 millonesen prdidas
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Turqua, 1999 Turqua, 1999 25 000 muertos
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Turqua, 1999Turqua, 1999
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Vitelmo Bertero 1992
"Los cdigos ssmicos modernos, que intentanreflejar grandes avances en conocimiento yentendimiento de una manera muy simple,no son transparentes sobre el nivel esperadode comportamiento o respuesta del sistemacompleto.
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Norma E-030-97Objetivo del diseo sismorresistente
1. Resistir sismos leves sin dao 2. Resistir sismos moderados considerando la
posibilidad de daos estructurales leves. 3. Resistir sismos severos con posibilidad de
daos estructurales importantes, evitando elcolapso de la edificacin.
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E-030-97: Limitaciones
Un solo juego de objetivos, independientede la importancia de la obra
El nivel de comportamiento esperado onivel de desempeo est combinado con losniveles de sismo de diseo, expresado comointensidades
Solamente usa fuerzas correspondientes alsismo severo y reducidas (entre R)
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E-030-97: Nivel de diseo
NIVEL NICO Correspondiente al sismo severo
reducido al dividir entre R.
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Bases del diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010
1. Prevenir lesiones a las personas 2. Asegurar la continuidad de los servicios 3. Minimizar el dao a la propiedad
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Criterios de diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010
Las estructuras deben resistir movimientosssmicos moderados que se espera puedanocurrir en el sitio durante su vida til sin daoestructural y con dao no estructural dentro delmites aceptables
ESTADO LMITE DESERVICIABILIDAD
(Perodo de retorno del sismo = 20 aos)
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Las estructuras no deben colapsar ni daarvidas humanas debido a movimientosssmicos severos que posiblemente puedanocurrir en el sitio.
Criterios de diseo sismorresistentesegn la Norma ISO 3010
ESTADO LMITE LTIMO(Perodo de retorno del sismo = 500 aos)
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Sismo leve Sismo moderado Sismo severo
Norma E-030-97:Objetivo nico
Sin daos Considerando la posibilidad
de daos estructurales leves Con posibilidad de daos
estructurales importantes,evitando el colapso de laedificacin.
NIVEL DEL SISMO NIVEL DE DESEMPEO OCOMPORTAMIENTO
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Sismo moderado,perodo de retorno20 aos
Sismo severo,perodo de retorno500 aos
Norma ISO 3010:Objetivo nico
Sin dao estructural y condao no estructural dentro delmites aceptables
No deben colapsar ni daarvidas humanas
NIVEL DEL SISMO NIVEL DE DESEMPEO OCOMPORTAMIENTO
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Edificaciones diseadas conla Tecnologa actual
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KobeKobe, Japn, 1995, Japn, 1995
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KobeKobe, Japn, 1995, Japn, 1995
El 5 piso del Hospital Oeste de 8 pisos colapso sepultando alrededor de 50 personas
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San Fernando, Los Angeles, 1971San Fernando, Los Angeles, 1971
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Nazca 1996Nazca 1996
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Nazca 1996Nazca 1996
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Norma 1977 = daos
Foto E.Fierro
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Detalle
Foto E.Fierro
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El grado de dao de un edificio es ms unaconsecuencia de las deformaciones que delas fuerzas y consecuentemente parecelgico que el diseo deba basarse sobre unalimitacin de las deformaciones (espectrode desplazamientos o de distorsiones) enlugar de fuerzas (espectro de aceleracin)
Diseo por desempeoVisin 2000 (SEAOC)
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Aula diseada con Norma E-030-97Sin daos despus del sismo de Atico del 2001.Estructura regular y desplazamientos limitados
Foto E.Fierro
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Norma 1997= mayor rigidezJunta, para qu?
FotoE. Fierro
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Niveles de Dao Segn el Ao de ConstruccinNiveles de Dao Segn el Ao de Construccin
Sismo Sismo HyogoHyogo--ken Nanbu ken Nanbu (17-01-1995)(17-01-1995)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Colapso Severo Medio Menor Desconocido
Desconocido 73 6 5 81Menor 63 42 29 61Medio 42 37 29 35Severo 174 71 25 119Colapso 183 62 15 79
Antes de 1971 de 1972 a 1981 Posterior a 1982 Desconocido
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Tendencias actuales
Metodologas y estrategias de diseo basadasen el comportamiento real de las estructuras:DISEO POR DESEMPEO.
Sistemas de reduccin de la energa trasmitidaa la construccin: aisladores, disipadores.
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DESEMPEO =
Respuesta o comportamientoesperados
Diseo por Desempeo
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El desempeo de una edificacin no estestablecido en el diseo,
Las estructuras de las edificaciones sondiseadas empleando procedimientospredeterminados
Sin investigar su comportamiento antefuerzas ssmicas y
Sin establecimiento de un desempeorequerido.
Situacin presente
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Por otro lado, es difcil para los ocupantes(consumidor) entender el desempeo deuna edificacin, lo que trae consigo laconfusin en cuanto a la perspectiva dedao ante un evento ssmico.
Diseo por Desempeo
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El desempeo de una edificacin no esempleado para tomar decisiones
El concepto de costo del desempeo esraramente usado en el campo deedificaciones.
En otros productos industriales, estebalance entre el costo y el desempeo esdominante
Diseo por Desempeo
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Es disear una estructura que se comportar o"desempear" de una manera especificada cuandoest sujeta a varios escenarios de sismo
Diseo especfico para cada nivel de desempeo seguridad de la respuesta esperada.
Despus del diseo, verificacin de que se obtendrel nivel de desempeo esperado
Propietario y ocupantes comprarn sabiendo quecomportamiento esperar
Diseo por Desempeo:
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En los Estados Unidos: Conceptual Framework for Performance
Based Seismic Engineering of Building(SEAOC-Vision 2000, 1995)
FEMA 273: NEHRP Guidelines andCommentary for Seismic Rehabilitationof Building (ATC, 1997)
Diseo por Desempeo
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC
En los Estados Unidos: Recommended Seismic Design Criteria
for New Steel Moment-Frame Building(SAC Joint Venture, 2000)
En Japn: Development of a New Engineering
Framework for Building Structures(1995-1998)
Diseo por Desempeo
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Segn el Comit de la SEAOC Vision 2000 Es un proceso que comienza con los
primeros conceptos del proyecto y duratoda la vida de la edificacin.
Incluye la identificacin del peligrossmico, seleccin de los niveles yobjetivos del diseo para uncomportamiento deseado
Diseo por Desempeo
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Ingeniera basada en el desempeo la define comoLa seleccin de criterios de diseo, sistema
estructural apropiado, proporcionalidad ydetallado de una estructura y su componente noestructural y contenido, para asegurar y controlarla calidad de la construccin y mantenimientopara cada nivel especificado de movimientossmico y con niveles definidos de confiabilidad,la estructura no superar los daos ante ciertosestados lmites u otros lmites inusuales
Diseo por Desempeo (Vision 2000)
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Segn el Proyecto del Ministerio deConstruccin del Japn:
Establece: .Establecer los objetivos de desempeo .Evaluacin del desempeo y .Confirmacin o certificacin del desempeo
Diseo por Desempeo
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Flujo del DiseoCONVENCIONAL
TEMA o ASUNTO Flujo del diseo basadoen DESEMPEO
Son sealados por lasNormas y regulaciones
OBJETIVOS DEDESEMPEO
El cliente los establececlaramente
Diseadas porprocedimientos regulados
MTODOS DE DISEOMTODOS DEVERIFICACIN
El diseador selecciona elmtodo apropiado
Calculado porprocedimientos reguladosEl desempeo ocomportamiento real no esclaro
EVALUACIN DELDESEMPEO REAL DELA ESTRUCTURA
Se satisface el objetivo dedesempeoEl nivel de desempeopuede ser claramenteestablecido
Comparacin entre el procesoactual y el proceso propuesto
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Flujo del diseo por desempeo
Propietarioy usuario
Requerimientos de desempeo
Establecimiento de los objetivos y niveles de desempeo
Planos de la estructuray detalles de diseo
Informe o Declaracin del desempeo real
Evaluacin del desempeoNo
Marco
Institucional
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Serviciabilidad: Los servicios tiles mantienenfunciones. Muy poco dao.
Habitabilidad inmediata:La edificacin recibeluz verde para ocupar. Algunas reparaciones sonmenores
Niveles de desempeo FEMA 273
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Proteccion de vida:La estructura permaneceestable y tiene capacidad de reservasignificativa. Riesgo de dao no estructural escontrolado
Prevencion de colapso:La edificacinpermanece en pie, pero precariamente. Otraprdida o dao es aceptable.
Niveles de desempeo FEMA 273(continuacin)
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Serviciabilidad Completa: Slo daos menores.La edificacin conserva la rigidez y resistencia original.Componentes no estructurales estn en servicio y laedificacin est disponible para su uso normal.
Serviciabilidad o funcionalidad: Slo ocurridao estructural menor. La estructura conserva casi toda suresistencia y rigidez original. Los componentes noestructurales estn asegurados. Sistema de seguridad devida es operable. Las reparaciones pueden ser aceptadaspor el usuario. El riesgo de heridos leves es muy bajo,dao menor.
Niveles de desempeoSEAOC
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Proteccin de Vida: Ocurri dao estructural y noestructural significativo. La edificacin ha perdidosignificativamente su rigidez original, pero conservaalguna resistencia lateral y marginal al colapso.Componentes no estructurales estn seguros pero nopueden operar. La edificacin puede no estar segura paraser ocupada antes de reparar. El riesgo de herida leve devida es bajo
Niveles de desempeoSEAOC (continuacin)
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC
Cerca al Colapso: Un estado de dao lmite en elcual un dao sustancial ha ocurrido. La edificacin haperdido la mayora de su resistencia y rigidez original ytiene un pequeo margen contra el colapso. Componentesno estructurales presentan riesgo de falla. La reparacin noes prctica probablemente, prevencin del colapso.
Niveles de desempeoSEAOC (continuacin)
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Objetivos de comportamientossmico (I):
(Combinacin de nivel de desempeo y nivel delsismo)
1) Objetivo bsico para una edificacin nuevaregular (mnimo)
2) Objetivos mejorados o de riesgo paraedificaciones esenciales como hospitales.
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Objetivos de comportamientossmico (II):
(Combinacin de nivel de desempeo y nivel delsismo)
3) Objetivo de seguridad crtica paraedificaciones que contienen materialespeligrosos y proceso de materiales nucleares
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Comportamiento elstico bajo cargas deservicio
Mantenimiento de la funcionalidad bajoterremotos moderados
Preservar vidas bajo un terremoto esperadomximo
Estabilidad estructural bajo terremotosextremos
Objetivo bsico. SEAOC
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TotalmenteOperacional Operacional
Asegura laVida
Cerca alColapso
ComportamientoInaceptable
(para construcciones nuevas)
N
i
v
e
l
d
e
l
S
i
s
m
o
d
e
D
i
s
e
o
Frecuente(43 aos)
Ocasional(72 aos)
Raro(475 aos)
Muy Raro(970 aos)
Objetivo Bsico
Nivel de Comportamiento Ssmico Esperado
Objetivo de Riesgo Esencial
Objetivo de Seguridad Crtica
Objetivos (Vision 2000)
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Nuevos criterios de diseo
La tendencia es hacia mltiples niveles dediseo
La dificultad en nuestro medio aparececuando se necesite definir cul ser el niveldel sismo moderado y cul el del sismosevero?
Cmo definir los parmetros que asegurenel comportamiento esperado?
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC
Conclusiones
Dos niveles de diseo Determinacin de la resistencia real Definicin de mecanismos estables de
disipacin de energa : diseo porcapacidad
Posibles modificaciones futuras:
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DISEO POR DESEMPEO Javier Piqu del Pozo - UNI - FIC
Conclusiones
Valores de R variables con tipoestructural
Aisladores ssmicos Amortiguadores de masa sintonizada Disipadores de energa reemplazables
Posibles modificaciones futuras:
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