Diseño Sísmico por Desempeño en Edificaciones Esenciales de Concreto Reforzado Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y D E E S T U D I O S S U P E R I O R E S D E M O N T E R R E Y CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN D E INGENIERÍA Y A R Q U I T E C T U R A P R O G R A M A D E G R A D U A D O S E N INGENIERÍA. DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORZADO. TESIS P R E S E N T A D A C O M O REQUISITO P A R C I A L P A R A O B T E N E R E L G R A D O ACADÉMICO D E. MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA Y ADMINISTRACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA ESTRUCTURAL. POR: C E S A R MANUEL DOMINGUEZ M E N E S E S Arquitecto e Ingeniero Civil. M O N T E R R E Y , N. L.. D I C I E M B R E 2009..

(2) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. Los miembros del comité de tesis recomendamos que el presente proyecto de tesis presentado por el Arquitecto e Ingeniero Civil César Manuel Domínguez Meneses sea aceptado como requisito parcial para obtener el grado académico de: Maestro en Ciencias en Ingeniería y Administración de la Construcción Especialidad en Ingeniería Estructural. Comité de Tesis:. M O N T E R R E Y , N. L. D I C I E M B R E 2009.. 2.

(3) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. AGRADECIMIENTOS Y DEDICATORIAS. A Dios, a mis padres y familiares, a Martha Stella, a mis maestros, en especial al Dr. Juventino Carlos Reyes y, a todos mis amigos, que desde hace años comparten mis planes y me ayudan a conseguirlos, especialmente a ustedes; amigos del Centro de Diseño y Construcción (C.D.C).. ….gracias totales. 3.

(4) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. INDICE DE CONTENIDO Capítulo I.............................................................................................................................................................. 16 GENERALIDADES .................................................................................................................................................. 16 1.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 16. 1.3. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA................................................................................................................... 17. 1.4. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................................ 18. 1.5. LINEAS DE INVESTIGACIÓN .................................................................................................................... 19. 1.6. ALCANCE .................................................................................................................................................. 20. 1.7. OBJETIVOS............................................................................................................................................... 20. 1.7.1. GENERALES ...................................................................................................................................... 20. 1.7.2. ESPECÍFICOS .................................................................................................................................... 20. Capítulo II ............................................................................................................................................................ 21 MARCO CONCEPTUAL........................................................................................................................................... 21 2.1. CONCEPTO............................................................................................................................................... 21. 2.2. TIPOS DE ANÁLISIS.................................................................................................................................. 23. 2.3. NIVELES DE DESEMPEÑO ....................................................................................................................... 24. 2.3.1. PROPUESTA DEL COMITÉ VISION 2000 SEAOC. ............................................................................. 25. 2.3.2. PROPUESTA DEL ATC -40, FEMA-356............................................................................................... 26. 2.3.3. NIVEL DE DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN ................................................................................... 28. 2.4. NIVELES DE DEMANDA SÍSMICA ............................................................................................................. 30. 2.4.1. SISMOS DE DISEÑO .......................................................................................................................... 32. 2.4.1.1 PROPUESTA DEL COMITÉ VISION 2000 (SEAOC, 1995)................................................................... 33 2.4.1.2 PROPUESTA DEL ATC-40 (1996) ....................................................................................................... 33 2.4.1.3 NORMATIVA SÍSMICA PARA LA CIUDAD DE MÉXICO (NTCDS, 2004) .............................................. 34 2.4.2 2.5. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA DEMANDA SÍSMICA................................................................ 35. OBJETIVOS DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL ........................................................................................ 36. 2.5.1. PROPUESTA DEL COMITÉ VISION 2000 ........................................................................................... 37. 2.5.2. PROPUESTA DE ATC- 40................................................................................................................... 38. 2.5.3. CONSIDERACIONES PARA EDIFICACIONES ESENCIALES.............................................................. 38. 2.6. CAPACIDAD ESTRUCTURAL .................................................................................................................... 39. 2.6.1. DESCRIPCIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES ........................ 39. 2.6.1.1 MODELOS CONSTITUTIVOS ............................................................................................................. 40 2.6.1.2 RELACIONES MOMENTO CURVATURA ............................................................................................ 44 2.6.1.3 MODELACIÓN POR FIBRAS .............................................................................................................. 45 2.6.2. ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL (TÉCNICA DE “PUSHOVER”) ......................................................... 46. 4.

(5) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. 2.6.3. REPRESENTACIÓN BILINEAL DE CURVA DE CAPACIDAD (ESFUERZO DESPLAZAMIENTO. IDEALIZADA) …………………………………………………………………………………………………………….48 2.7. ESTIMACIÓN DEL PUNTO DE DESEMPEÑO ............................................................................................ 51. 2.7.1. MÉTODO DEL ESPECTRO DE CAPACIDAD (MEC) ........................................................................... 52. 2.7.1.1 DESCRIPCION DEL MÉTODO DE ESPECTRO DE CAPACIDAD ........................................................ 56 2.7.1.2 LIMITACIONES DEL MÉTODO ........................................................................................................... 58 2.7.2. MÉTODO DEL COEFICIENTE POR DESPLAZAMIENTO (MCD) ......................................................... 58. 2.7.2.1 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO DEL COEFICIENTE DE DESPLAZAMIENTO....................................... 59 2.7.3. MÉTODO N2 (MN2) ............................................................................................................................ 62. 2.7.3.1 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO N2....................................................................................................... 62 2.7.3.2. LIMITACIONES DEL MÉTODO (MN2) ............................................................................................... 69 2.8. CRITERIOS DE DESEMPEÑO ................................................................................................................... 69. 2.8.1 2.9. LINEAMIENTOS DEL FEMA-356 ......................................................................................................... 71. EVALUACIÓN DE DAÑO EN ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES ........................................................... 73. 2.9.1. CRITERIOS PARA EVALUAR EL DAÑO EN ELEMENTOS NO ESTRUCTURALES ............................. 73. Capítulo III ........................................................................................................................................................... 76 CASOS DE ESTUDIO .............................................................................................................................................. 76 3.1. DESCRIPCIÓN .......................................................................................................................................... 76. 3.2. DEMANDA SÍSMICA APLICADA ................................................................................................................ 76. 3.3. ANÁLISIS DE CARGAS ............................................................................................................................. 79. 3.4. CASO DE ESTUDIO #1. MODELO DE ANÁLISIS FICTICIO ....................................................................... 80. 3.4.1. GEOMETRÍA....................................................................................................................................... 80. 3.4.2. SISTEMA ESTRUCTURAL DE ENTREPISO Y AZOTEA ...................................................................... 82. 3.4.3. DISTRIBUCIÓN DE CARGAS.............................................................................................................. 83. 3.4.4. MODELACIÓN EN SAP2000.ADV.V14 ................................................................................................ 84. 3.4.5. ANÁLISIS Y DISEÑO LINEAL ELÁSTICO PRELIMINAR ...................................................................... 97. 3.4.6. REDISEÑO DE MODELO FICTICIO .................................................................................................... 99. 3.4.7. ANÁLISIS Y DISEÑO LINEAL ELÁSTICO DEFINITIVO ...................................................................... 101. 3.4.8. MODELACIÓN NO LINEAL DE MODELO FICTICIO .......................................................................... 104. 3.4.9. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO ..................................................................................................... 109. 3.5. CASO DE ESTUDIO #2. MODELO DE ANÁLISIS DEL HOSPITAL GENERAL DE MÉXICO ...................... 114. 3.5.1. GEOMETRÍA SUMINISTRADA .......................................................................................................... 114. 3.5.2. ANÁLISIS Y DISEÑO LINEAL ELÁSTICO PRELIMINAR .................................................................... 117. 3.5.3. REDISEÑO DE MODELO DE HOSPITAL .......................................................................................... 120. 3.5.4. ANÁLISIS Y DISEÑO LINEAL ELÁSTICO DEFINITIVO ...................................................................... 121. 3.5.5. MODELACIÓN Y ANÁLISIS NO LINEAL DEL MODELO DE HOSPITAL ............................................. 124. 3.6. ANÁLISIS DE DAÑO EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES...................................................................... 124. 5.

(6) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. 3.6.1. DEFINICIÓN DE FUNCIONES PARA EL ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA ............................................ 125. 3.6.2. CONFIGURACIÓN DEL ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA ..................................................................... 126. Capítulo IV ......................................................................................................................................................... 127 RESULTADOS Y CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 127 4.1. RESULTADOS DE MODELO FICTICIO .................................................................................................... 127. 4.1.1. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR GRAVEDAD ........................................................................ 127. 4.1.2. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL ............................................................... 128. 4.1.2.1 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-MODE” .................................... 129 4.1.2.2 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-ACC” ....................................... 134 4.1.2.3 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-PUSH”..................................... 139 4.1.3 4.2. COMPORTAMIENTO DE MUROS CORTANTES............................................................................... 144. RESULTADOS DE MODELO DE HOSPITAL ............................................................................................ 148. 4.2.1. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR GRAVEDAD ........................................................................ 148. 4.2.2. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL ............................................................... 149. 4.2.2.1 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-MODE” .................................... 149 4.2.2.2 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-ACC” ....................................... 153 4.2.2.3 ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR CARGA LATERAL “NLSTAT-PUSH”..................................... 158 4.2.3 4.3. COMPORTAMIENTO DE MUROS CORTANTES............................................................................... 163. ANALSIS DINÁMICO NO LINEAL............................................................................................................. 167. 4.3.1. DESPLAZAMIENTOS REGISTRADOS. ............................................................................................. 167. 4.3.2. VELOCIDADES ABSOLUTAS REGISTRADAS. ................................................................................. 169. 4.3.3. ACELERACIONES ABSOLUTAS REGISTRADAS. ............................................................................ 170. 4.3.4. ESPECTRO DE RESPUESTA ........................................................................................................... 172. Capítulo V .......................................................................................................................................................... 173 5.1 CONCLUSIONES Y COMENTARIOS ....................................................................................................... 173 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................................... 174 ANEXOS ............................................................................................................................................................... 178. 6.

(7) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. INDICE DE ILUSTRACIONES Capítulo I Capítulo II FIGURA II - 1. DIAGRAMA DE FLUJO DE LA INGENIERÍA BASADA EN EL DESEMPEÑO (VISION 2000, 1995) ................ 22 FIGURA II -2. TIPOS DE ANÁLISIS ............................................................................................................................ 23 FIGURA II -3. NIVELES Y RANGOS DE NIVELES DE DESEMPEÑO. (FEMA-356, 2000) ............................................... 30 FIGURA II -4. ESPECTRO DE DISEÑO ELÁSTICO, CIUDAD DE MÉXICO (5% DE AMORTIGUAMIENTO CRÍTICO) ............ 35 FIGURA II -5. ESPECTRO SÍSMICOS ELÁSTICOS DE ACELERACIÓN Y DESPLAZAMIENTO. ........................................... 36 FIGURA II -6. ESPECTRO SÍSMICO ELÁSTICO DE RESPUESTA EN FORMATO AD. ....................................................... 36 FIGURA II -7. MODELO TRILINIAL PARA EL COMPORTAMIENTO DE ACERO ............................................................... 41 FIGURA II -8. CURVA DE ESFUERZO DEFORMACIÓN DE HORMIGÓN CONFINADO. (MANDER ET AL, 1988) ................. 43 FIGURA II -9. PUNTOS NOTABLES EN EL DIAGRAMA MOMENTO CURVATURA .......................................................... 45 FIGURA II -10. MODELO DE FIBRAS. DISCRETIZACIÓN POR SECCIONES DE ELEMENTO ESTRUCTURAL. (SEISMOSTRUCT V.4.0.3, 2009)..................................................................................................... 46 FIGURA II -11. REPRESENTACIÓN BILINEAL IDEALIZADA DE LA CURVA DE CAPACIDAD. (FEMA-356, 2000) ............. 50 FIGURA II -12. REPRESENTACIÓN BILINEAL IDEALIZADA DE LA CURVA DE CAPACIDAD. (ATC- 40, 1996) ................. 51 FIGURA II -13. DESCRIPCIÓN GRÁFICA DEL MÉTODO DEL ESPECTRO DE CAPACIDAD (MEC). ................................ 52 FIGURA II -14. ENERGÍA DISIPADA INELÁSTICAMENTE FIGURA II -15. ENERGÍA ABSORBIDA. EN EL PRIMER CICLO HISTERÉTICO ................................. 53. , SISTEMA LINEAL DE RIGIDEZ. ........................................................... 53. FIGURA II -16. ESQUEMA PARA CALCULAR ENERGÍA DISIPADA ................................................................................ 54 FIGURA II -17. OBTENCIÓN DEL PUNTO DE DESEMPEÑO (MEC) .............................................................................. 57 FIGURA II -18. REPRESENTACIÓN BILINEAL DE LA CURVA DE CAPACIDAD (MCD) .................................................... 59 FIGURA II -19. REPRESENTACIÓN BILINEAL DE LA CURVA DE CAPACIDAD (SISTEMA DE 1 GDL) .............................. 67 FIGURA II -20. OBTENCIÓN DEL PUNTO DE DESEMPEÑO (MN2) .............................................................................. 68 FIGURA II -21. RELACIONES FUERZA-DEFORMACIÓN GENERALIZADAS PARA ELEMENTOS DE CONCRETO Y COMPONENTES.. .............................................................................................................................. 71. FIGURA II -22. DISTINTOS NIVELES DE COMODIDAD PERSONAL DE ACUERDO A YAMADA (1975). ............................ 74 FIGURA II -23. NIVELES DE PERCEPCIÓN PROPUESTOS POR YAMADA (1975). ........................................................ 75. Capítulo III FIGURA III - 1. ESPECTRO ELÁSTICO DE DISEÑO SÍSMICO PARA ESTRUCTURAS DE LA CATEGORÍA A. .................... 77 FIGURA III - 2. ESPECTRO ELÁSTICO REDUCIDO DE DISEÑO SÍSMICO PARA ESTRUCTURAS DE LA CATEGORÍA A. .... 78. 7.

(8) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. FIGURA III - 3. ESPECTRO DE SERVICIO DE DISEÑO SÍSMICO PARA ESTRUCTURAS DE LA CATEGORÍA A. ................ 78 FIGURA III - 4. ESPECTRO DE COLAPSO REDUCIDO Y DE SERVICIO PARA ESTRUCTURAS DE LA CATEGORÍA A. ....... 79 FIGURA III - 5. PLANTA ESTRUCTURAL DE MODELO FICTICIO. (CM)................................................................... 80 FIGURA III - 6. ELEVACIONES PRINCIPALES Y LATERALES DE MODELO FICTICIO. (CM) ........................................ 81 FIGURA III - 7. PERSPECTIVA DE MODELO FICTICIO. ....................................................................................... 81 FIGURA III - 8. SECCIÓN TÍPICA DE LOSA NERVADA EN DOS DIRECCIONES. ........................................................ 82 FIGURA III - 9. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL CONCRETO.. .......................................................................... FIGURA III - 10. PROPIEDADES DEL ACERO DE REFUERZO. ............................................................................. 84 FIGURA III - 11. DIMENSIONAMIENTO DE SECCIÓN COL (60X60). .................................................................... 85 FIGURA III - 12. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DE SECCIÓN COL (60X60). ....................................................... 85 FIGURA III - 13. DEFINICIÓN DEL REFUERZO PARA SECCIÓN COL (60X60). ....................................................... 86 FIGURA III - 14. DIMENSIONAMIENTO DE SECCIÓN VIGA (30X60). ................................................................... 86 FIGURA III - 15. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DE SECCIÓN COL (60X60). ....................................................... 87 FIGURA III - 16. DEFINICIÓN DE COMPORTAMIENTO PARA SECCIÓN VIGA (30X60). ........................................... 87 FIGURA III - 17. DEFINICIÓN DE PATRONES DE CARGA. ................................................................................... 88 FIGURA III - 18. DEFINICIÓN DE FUENTES DE MASA. ....................................................................................... 88 FIGURA III - 19. DEFINICIÓN DE FUNCIÓN “ESPECTRO(COLAPSO)”.. .................................................................... FIGURA III - 20. DEFINICIÓN DE FUNCIÓN “ESPECTRO(SERVICIO)”. .................................................................. 89 FIGURA III - 21. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “DEAD”. ..................................................... 90 FIGURA III - 22. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “LIVE”. ....................................................... 90 FIGURA III - 23. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “LIVEREDUCED”. ...................................... 90 FIGURA III - 24. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “MODAL”. .................................................. 91 FIGURA III - 25. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “SPECTROX(COLAPSO)”. ........................ 91 FIGURA III - 26. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “SPECTROY(COLAPSO)”. ........................ 92 FIGURA III - 27. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “SPECTROX(SERVICIO)”. ........................ 92 FIGURA III - 28. DEFINICIÓN DE TIPOLOGÍA DE ANÁLISIS DE CARGA “SPECTROY(SERVICIO)”. ........................ 93 FIGURA III - 29. DEFINICIÓN DE RESTRICCIONES NODALES TIPO DIAFRAGMA RÍGIDO. .......................................... 93 FIGURA III - 30. DISTRIBUCIÓN TRAPEZOIDAL DE CARGAS EN VIGAS. ................................................................ 95 FIGURA III - 31. ASIGNACIÓN DE CARGA MUERTA “DEAD”. FIGURA III - 32. ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA “LIVE”. ..................................................................................... 95 FIGURA III - 33. ASIGNACIÓN DE CARGA VIVA REDUCIDA “LIVEREDUCED”. .................................................... 95 FIGURA III - 34. CRITERIOS DE DISEÑO DEL R.C.D.F. UTILIZADOS POR EL SAP2000ADV.V14. .......................... 96 FIGURA III - 35. MODELO FICTICIO GENERADO EN EL SAP2000ADV.V14 ........................................................ 96 FIGURA III - 36. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MARCO CENTRAL DE MODELO FICTICIO. ........................................... 98 FIGURA III - 37. TIPOLOGÍA #1 DE MURO DE CORTE. MODELO FICTICIO. ......................................................... 100 FIGURA III - 38. TIPOLOGÍA #2 DE MURO DE CORTE. MODELO FICTICIO. ......................................................... 100. 8.

(9) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. FIGURA III - 39. ASIGNACIÓN DE CARGA PUNTUAL EN MUROS DE CORTE. ........................................................ 100 FIGURA III - 40. GRÁFICO DE DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO POR COLAPSO. MODELO FICTICIO. ........... 102 FIGURA III - 41. DISEÑO ESTRUCTURAL DE MARCO CENTRAL DE MODELO FICTICIO DEFINITIVO. ........................ 103 FIGURA III - 42. DEFINICIÓN NO LINEAL DEL ACERO DE REFUERZO, MODELO DE PARK ET AL, 1982. ................... 104 FIGURA III - 43. DEFINICIÓN NO LINEAL DEL CONCRETO, MODELO NO CONFINADO DE MANDER ET AL, 1988. ....... 105 FIGURA III - 44. DEFINICIÓN NO LINEAL DEL CONCRETO, MODELO CONFINADO DE MANDER ET AL, 1988. ............ 105 FIGURA III - 45. DEFINICIÓN NO LINEAL DEL CONCRETO, MODELO CONFINADO PARA MUROS DE CORTE. ............. 106 FIGURA III - 46. MATERIALES NO LINEALES EN EL MÓDULO “SECTION DESIGNER” ............................................ 106 FIGURA III - 47. CURVA MOMENTO CURVATURA GENERADA EN EL MÓDULO “SECTION DESIGNER”. .................... 107 FIGURA III - 48. DEFINICIÓN NO LINEAL POR CAPAS DE MUROS DE CORTE. ...................................................... 108 FIGURA III - 49. DEFINICIÓN NO LINEAL POR CAPAS DE MUROS DE CORTE. ...................................................... 108 FIGURA III - 50. LOCALIZACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS CONCENTRADAS. ........................................... 109 FIGURA III - 51. DEFINICIÓN DE PARÁMETROS PARA ARTICULACIONES PLÁSTICAS CONCENTRADAS. ................... 110 FIGURA III - 52. DEFINICIÓN DE PATRÓN DE CARGAS POR GRAVEDAD “NLSTAT-GRV”. ................................... 111 FIGURA III - 53. DEFINICIÓN DE PATRÓN DE CARGAS LATERAL “NLSTAT-MODE”. .......................................... 111 FIGURA III - 54. DEFINICIÓN DE PATRÓN DE CARGAS LATERAL “NLSTAT-ACC”. ............................................. 112 FIGURA III - 55. DEFINICIÓN DE PATRÓN DE CARGAS LATERAL TRIANGULAR. ................................................... 112 FIGURA III - 56. DEFINICIÓN DE PATRÓN DE CARGAS LATERAL “NLSTAT-PUSH”. ........................................... 113 FIGURA III - 57. PLANTA ESTRUCTURAL. MODELO DE HOSPITAL. ................................................................... 114 FIGURA III - 58. PLANTA ESTRUCTURAL. LOSA NIVEL 01. .............................................................................. 115 FIGURA III - 59. PLANTA ESTRUCTURAL. LOSA NIVEL 02 Y 03. ...................................................................... 115 FIGURA III - 60. PLANTA ESTRUCTURAL. LOSA NIVEL 04 A 09. ...................................................................... 116 FIGURA III - 61. ELEVACIÓN FRONTAL TÍPICA. MODELO DE HOSPITAL. ............................................................ 116 FIGURA III - 62. ELEVACIÓN LATERAL TÍPICA. MODELO DE HOSPITAL.............................................................. 117 FIGURA III - 63. MODELO DE HOSPITAL GENERADO EN EL SAP2000ADV.V14. .............................................. 119 FIGURA III - 64. CONFIGURACIÓN DE MUROS DE CORTE EN PLANTA ESTRUCTURAL. MODELO DE HOSPITAL. ....... 120 FIGURA III - 65. TIPOLOGÍA #1 DE MURO DE CORTE. MODELO DE HOSPITAL. ................................................... 120 FIGURA III - 66. TIPOLOGÍA #2 DE MURO DE CORTE. MODELO DE HOSPITAL. ................................................... 121 FIGURA III - 67. TIPOLOGÍA #3 DE MURO DE CORTE. MODELO DE HOSPITAL. ................................................... 121 FIGURA III - 68. GRÁFICO DE DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO POR COLAPSO. MODELO DE HOSPITAL. ... 123 FIGURA III - 69. MODELO DE HOSPITAL GENERADO EN EL SAP2000ADV.V14. .............................................. 124 FIGURA III - 70. MOVIMIENTOS DE TERRENO. .............................................................................................. 125 FIGURA III - 71. DEFINICIÓN DE FUNCIÓN TIEMPO HISTORIA. MOVIMIENTO LV178904.251. .............................. 125 FIGURA III - 72. DEFINICIÓN DE FUNCIÓN TIEMPO HISTORIA. MOVIMIENTO LV179906.151. .............................. 127 FIGURA III - 73. CONFIGURACIÓN DE ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA. MOVIMIENTO LV178904.251. ....................... 126 FIGURA III - 74. CONFIGURACIÓN DE ANÁLISIS TIEMPO HISTORIA. MOVIMIENTO LV179906.151. ....................... 127. 9.

(10) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. Capítulo IV FIGURA IV - 1. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR GRAVEDAD. MODELO FICTICIO. ......................................... 127 FIGURA IV - 2. CRITERIO PARA ACEPTACIÓN DE ROTACIONES PLÁSTICAS EN ARTICULACIONES. ......................... 128 FIGURA IV - 3. CÓDIGO DE COLORES UTILIZADO PARA DEFINIR NIVELES DE DESEMPEÑO. ................................. 129 FIGURA IV - 4. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO INTERNO. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 129 FIGURA IV - 5. ARTICULACIÓN. PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO INTERNO.. CASO “NLSTAT-MODE” ,. MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 130 FIGURA IV - 6. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EXTERNO. CASO “NLSTAT-MODE” , MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 130 FIGURA IV - 7. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO...................................... 132 FIGURA IV - 8. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO. ............ 132 FIGURA IV - 9. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO......... 133 FIGURA IV - 10. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO. ...... 133 FIGURA IV - 11. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO INTERNO. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 134 FIGURA IV - 12. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO INTERNO. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 134 FIGURA IV - 13. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EXTERNO. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 136 FIGURA IV - 14. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EXTERNO. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 135 FIGURA IV - 15. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ...................................... 137 FIGURA IV - 16. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. .............. 137 FIGURA IV - 17. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ......... 138 FIGURA IV - 18. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ......... 138 FIGURA IV - 19. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO INTERNO. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 139 FIGURA IV - 20. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO INTERNO. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 139 FIGURA IV - 21. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EXTERNO. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 140 FIGURA IV - 22. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EXTERNO. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................... 140 FIGURA IV - 23. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ................................... 142 FIGURA IV - 24. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........... 142. 10.

(11) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. FIGURA IV - 25. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ......... 143 FIGURA IV - 26. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ...... 143 FIGURA IV - 27. COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN DEL MURO DE CORTE. PRIMER MODO DE VIBRACIÓN, MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 144 FIGURA IV - 28. DISTORSIONES EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. .................. 145 FIGURA IV - 29. ROTACIÓN GENERADA EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........ 145 FIGURA IV - 30. CICLO HISTERÉTICO EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ........... 146 FIGURA IV - 31. DEFINICIÓN DE ESFUERZOS EN EL CONCRETO Y ACERO PARA MUROS DE CORTE. MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 146 FIGURA IV - 32. ESFUERZOS GENERADOS EN EL CONCRETO Y EN EL ACERO DENTRO DEL MURO DE CORTE. MODELO FICTICIO. ........................................................................................................................ 147 FIGURA IV - 33. ANÁLISIS NO LINEAL ESTÁTICO POR GRAVEDAD. MODELO DE HOSPITAL. ................................. 148 FIGURA IV - 34. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “H”. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 149 FIGURA IV - 35. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “C”. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 150 FIGURA IV - 36. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “C”. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 150 FIGURA IV - 37. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL. ................................. 152 FIGURA IV - 38. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL. ........ 152 FIGURA IV - 39. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL. .... 153 FIGURA IV - 40. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL. .... 153 FIGURA IV - 41. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “E”. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 154 FIGURA IV - 42. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EJE “E”. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ......................................................................................................... 154 FIGURA IV - 43. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EJE “I”. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ......................................................................................................... 155 FIGURA IV - 44. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EJE “G”. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ......................................................................................................... 155 FIGURA IV - 45. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. .................................... 157 FIGURA IV - 46. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ........... 157 FIGURA IV - 47. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ....... 158 FIGURA IV - 48. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ....... 158 FIGURA IV - 49. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “K”. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 159. 11.

(12) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. FIGURA IV - 50. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EJE “K”. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ......................................................................................................... 159 FIGURA IV - 51. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN VIGAS DE MARCO EJE “L”. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 160 FIGURA IV - 52. ARTICULACIÓN PLÁSTICA CRÍTICA EN COLUMNAS DE MARCO EJE “L”. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ......................................................................................................... 160 FIGURA IV - 53. CURVA DE CAPACIDAD. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ................................. 162 FIGURA IV - 54. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN ATC-40. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ......... 162 FIGURA IV - 55. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-356. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL...... 163 FIGURA IV - 56. PUNTO DE DESEMPEÑO SEGÚN FEMA-440. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL...... 163 FIGURA IV - 57. COMPORTAMIENTO A FLEXIÓN DEL MURO DE CORTE. PRIMER MODO DE VIBRACIÓN, MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 164 FIGURA IV - 58. DISTORSIONES EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ................ 164 FIGURA IV - 59. ROTACIÓN GENERADA EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ...... 165 FIGURA IV - 60. CICLO HISTERÉTICO EN MURO DE CORTE. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ......... 165 FIGURA IV - 61. ESFUERZOS GENERADOS EN EL CONCRETO Y EN EL ACERO DENTRO DEL MURO DE CORTE. MODELO HOSPITAL........................................................................................................................ 166 FIGURA IV - 62. DESPLAZAMIENTOS EN LA AZOTEA...................................................................................... 167 FIGURA IV - 63. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 08 .................................................................................... 167 FIGURA IV - 64. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 07. ................................................................................... 167 FIGURA IV - 65. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 06. ................................................................................... 167 FIGURA IV - 66. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 05. ................................................................................... 167 FIGURA IV - 67. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 04. ................................................................................... 167 FIGURA IV - 68. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 03. ................................................................................... 168 FIGURA IV - 69. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 02. ................................................................................... 168 FIGURA IV - 70. DESPLAZAMIENTOS EN EL NIVEL 01. ................................................................................... 168 FIGURA IV - 71. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO POR SERVICIO. ........................................................ 168 FIGURA IV - 72. VELOCIDADES EN LA AZOTEA. ........................................................................................... 169 FIGURA IV - 73. VELOCIDADES EN EL NIVEL 08. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 74. VELOCIDADES EN EL NIVEL 07. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 75. VELOCIDADES EN EL NIVEL 06. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 74. VELOCIDADES EN EL NIVEL 05. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 75. VELOCIDADES EN EL NIVEL 04. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 78. VELOCIDADES EN EL NIVEL 03. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 79. VELOCIDADES EN EL NIVEL 02. .......................................................................................... 169 FIGURA IV - 80. VELOCIDADES EN EL NIVEL 01. .......................................................................................... 170. 12.

(13) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. FIGURA IV - 81. ACELERACIONES EN LA AZOTEA. . ...................................................................................... 170 FIGURA IV - 82. ACELERACIONES EN EL NIVEL 08. ...................................................................................... 170 FIGURA IV - 83. ACELERACIONES EN EL NIVEL 07. . ..................................................................................... 170 FIGURA IV - 84. ACELERACIONES EN EL NIVEL 06. ...................................................................................... 170 FIGURA IV - 85. ACELERACIONES EN EL NIVEL 05. . ..................................................................................... 171 FIGURA IV - 86. ACELERACIONES EN EL NIVEL 04. ...................................................................................... 171 FIGURA IV - 87. ACELERACIONES EN EL NIVEL 03 .. ..................................................................................... 171 FIGURA IV - 88. ACELERACIONES EN EL NIVEL 02. ...................................................................................... 171 FIGURA IV - 89. ACELERACIONES EN EL NIVEL 01. ...................................................................................... 171 FIGURA IV - 90. ESPECTRO DE RESPUESTA. ACELERACIÓN SEUDO ESPECTRAL. ............................................. 172 FIGURA IV - 91. ESPECTRO DE RESPUESTA. DESPLAZAMIENTO SEUDO ESPECTRAL ......................................... 172. 13.

(14) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. INDICE DE TABLAS Capítulo I Capítulo II TABLA II - 1. DESCRIPCIÓN DE LOS ESTADOS DE DAÑO Y NIVELES DE DESEMPEÑO. VISION 2000 (SEAOC, 1995)................................................................................................ 26 TABLA II - 2. NIVELES DE DESEMPEÑO DE LA EDIFICACIÓN (ATC- 40, 1996), (FEMA-356, 2000) ....................... 29 TABLA II - 3. NIVELES DE DESEMPEÑO Y DAÑO ESTRUCTURAL PARA ELEMENTOS VERTICALES Y HORIZONTALES. (FEMA-356, 2000) ................................................................................................................ 31 TABLA II - 4. MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO. COMITÉ VISION 2000 (SEAOC, 1995) ............................... 33 TABLA II - 5. OBJETIVOS DE DESEMPEÑO SÍSMICO RECOMENDADOS. VISION 2000 (SEAOC, 1995) .................. 37 TABLA II - 6. OBJETIVOS DE DESEMPEÑO PARA EL CRITERIO DE SEGURIDAD BÁSICA (ATC- 40, 1996) ................. 38 TABLA II - 7. NIVELES DE DESEMPEÑO ESPERADO PARA EDIFICACIONES ESENCIALES. (AGUIAR FALCONÍ, 2003) ... 39 TABLA II - 8. VALORES PARA EL FACTOR MODIFICADOR DE AMORTIGUAMIENTO, κ. (ATC- 40, 1996).................... 55 TABLA II - 9. VALORES MÍNIMOS REQUERIDOS PARA SRA Y SRV. (ATC- 40, 1996) ......................................... 56 TABLA II - 10. VALORES DEL FACTOR MODIFICADOR. ................................................................................ 60. TABLA II - 11. VALORES DEL FACTOR MODIFICADOR. ................................................................................ 61. TABLA II - 12. VALORES LÍMITES DE LA DERIVA MÁXIMA ENTRE PISO PARA ......................................................... 70 TABLA II - 13. VALORES LÍMITES DE LA DERIVA MÁXIMA ENTRE PISO PARA LOS .................................................. 70. Capítulo III TABLA III - 1. VARIABLES INICIALES NECESARIAS PARA LA CREACIÓN DE ESPECTRO DE ACELERACIONES. ............. 77 TABLA III - 2. TIPOLOGÍA DE LOSA DE ENTREPISO (GEOMETRÍA, ANÁLISIS Y DISEÑO). .......................................... 82 TABLA III - 3. TIPOLOGÍA DE LOSA DE AZOTEA (GEOMETRÍA, ANÁLISIS Y DISEÑO)................................................ 82 TABLA III - 4. PERÍODOS DE VIBRACIÓN Y PARTICIPACIÓN DE MASA. MODELO FICTICIO. ...................................... 97 TABLA III - 5. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO. MODELO FICTICIO. ....................................................... 97 TABLA III - 6. DIMENSIONES DE ELEMENTOS VIGAS Y COLUMNAS. MODELO FICTICIO DEFINITIVO. ......................... 99 TABLA III - 7. PERÍODOS DE VIBRACIÓN Y PARTICIPACIÓN DE MASA. MODELO FICTICIO DEFINITIVO. ................... 101 TABLA III - 8. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO. MODELO FICTICIO DEFINITIVO. ..................................... 102 TABLA III - 9. DIMENSIONES DE COLUMNAS PARA MODELO DE HOSPITAL. ....................................................... 117 TABLA III - 10. PERÍODOS DE VIBRACIÓN Y PARTICIPACIÓN DE MASA. MODELO FICTICIO. .................................. 118 TABLA III - 11. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO EN DIRECCIÓN “X”. MODELO DE HOSPITAL. ................... 118 TABLA III - 12. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO EN DIRECCIÓN “Y”. MODELO DE HOSPITAL. ................... 119 TABLA III - 13. PERÍODOS DE VIBRACIÓN Y PARTICIPACIÓN DE MASA. MODELO DE HOSPITAL DEFINITIVO. CONTINÚA… ................................................................... 121. 14.

(15) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. TABLA III - 14. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO EN DIRECCIÓN “X”. MODELO DE HOSPITAL DEFINITIVO.... 122 TABLA III - 15. DISTORSIONES MÁXIMAS DE ENTREPISO EN DIRECCIÓN “Y”. MODELO DE HOSPITAL DEFINITIVO.... 123. Capítulo IV TABLA IV - 2. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO FICTICIO. ............................................................................................................................. 131 TABLA IV - 3. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO FICTICIO. ............................................................................................................................. 136 TABLA IV - 4. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO FICTICIO. ............................................................................................................................. 141 TABLA IV - 5. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-MODE”, MODELO HOSPITAL. ........................................................................................................................... 151 TABLA IV - 6. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-ACC”, MODELO HOSPITAL. ........................................................................................................................... 156 TABLA IV - 7. SECUENCIA DE FORMACIÓN DE ARTICULACIONES PLÁSTICAS. CASO “NLSTAT-PUSH”, MODELO HOSPITAL. ........................................................................................................................... 161. 15.

(16) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. Capítulo I GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN. L. a práctica convencional actual del diseño estructural se enfoca en que toda edificación y cada una de sus partes deben ofrecer una resistencia suficiente para soportar con seguridad cualquier carga. permanente o accidental a la que se halle expuesta. En otras palabras, las normativas y códigos corrientes tienen como principal objetivo asegurar que las estructuras sean capaces de responder ante diferentes demandas sin colapsar; es así, porque aunque toman en cuenta los diferentes estados de funcionalidad estructural, únicamente lo pronostican mediante un escenario de diseño. Siguiendo esta filosofía de diseño, el desempeño de las estructuras, en términos de potencial de daño, no ha sido cuantificado y sólo se consideran de forma burda conceptos de gran relevancia como es el caso de la ductilidad. Debido a esto existe una tendencia general a considerar nuevas filosofías de diseño orientadas hacia la capacidad estructural. Uno de estas nuevas filosofías es la del diseño sísmico por desempeño, concepto que se abordará en este trabajo, el cual está enfocado en estructuras de concreto de carácter esencial. 1.2 ANTECEDENTES En general casi todos los códigos de diseño estructural han evolucionado a la misma velocidad, y han cambiado paulatinamente de acuerdo al desarrollo de investigaciones y el grado de conocimiento proporcionado por experiencias reales de su aplicación. Las deficiencias detectadas en el desempeño de las estructuras cuando se han visto sometidas a movimientos sísmicos de diferente intensidad, han originado una tendencia clara a cambiar la filosofía de diseño del concepto de resistencia física al concepto más evolucionado y versátil de desempeño estructural. Estos dos conceptos, han sido considerados frecuente y erróneamente como sinónimos en los códigos encargados de normalizar los cálculos de diseño sismo resistente, durante casi 70 años. No obstante, desde hace 25 años aproximadamente, se ha ido modificando gradualmente esta idea, considerando que no necesariamente un incremento en la resistencia global de una estructura puede garantizar la seguridad y, por consiguiente, no necesariamente reduce el daño. Los conceptos a partir de los cuales ha surgido este planteamiento, corresponden a los principios de diseño por capacidad, los cuales fueron introducidos en Nueva Zelanda por Park y Paulay (1975). A partir de este momento se comenzó a desarrollar una nueva filosofía de diseño, en la cual la distribución de la resistencia a lo largo de toda la estructura era más importante que el valor global del cortante basal de diseño. Un importante. 16.

(17) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. avance consistió en identificar que una estructura aporticada podría comportarse mejor ante una acción sísmica, si pudiera garantizarse que las rótulas plásticas se formen en las vigas, y no en las columnas (mecanismo de viga débil - columna fuerte), y si la resistencia de cortante de los miembros excediera a la correspondiente resistencia a flexión. Estos dos aspectos pueden ser considerados como el inicio de la nueva filosofía de diseño basada en el desempeño, por medio de la cual es posible controlar y predecir tanto el comportamiento de la estructura como el potencial de daño. (Priestley, 2000) En la actualidad, los esfuerzos se concentran en desarrollar métodos de análisis, evaluación y diseño simples y fáciles de implementar en las diferentes normativas, que incorporen los conceptos de ingeniería basada en el desempeño (“Performance-based engineering”), y que puedan ser aplicados tanto a las estructuras nuevas como a las existentes. Las últimas investigaciones y propuestas se han centrado en la incorporación explícita de la demanda de desplazamiento o punto de desempeño y las características de respuesta inelástica, incluyendo el daño acumulado en el procedimiento de diseño. Estos procedimientos, en primer lugar, deben dar una estimación adecuada del desempeño en términos de rigidez estructural, resistencia, ductilidad y disipación de energía y, en segundo lugar, no han de ser más complicados de lo necesario, teniendo en cuenta las incertidumbres relacionadas con los datos de entrada. (Bonnett Díaz, 2003) 1.3 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA La mayoría de los reglamentos actuales de diseño sísmico, tienen como objetivo lograr estructuras con adecuados niveles de integridad y resistencia que eviten fallas con pérdidas materiales y humanas durante un sismo de gran intensidad. Desafortunadamente, la imposibilidad de conocer con precisión el nivel de daño esperado hace que aún cuando estas estructuras se comporten aparentemente bien ante sismos intensos, algunas de ellas requieren de reparación. Los nuevos procedimientos de diseño sísmico por desempeño en desarrollo, de interés en el diseño de estructuras nuevas y en el reforzamiento de existentes, no sólo están encaminados a predecir de una manera más clara el comportamiento, sino también a controlarlo, ante las diferentes intensidades sísmicas según sean las necesidades de diseño. (Gallego, 2003) El mal desempeño sísmico de estructuras sismo resistentes modernas durante eventos sísmicos recientes ha puesto en evidencia que la confiabilidad del diseño sísmico no solo era menor que la que se esperaba, sino que presenta grandes inconsistencias entre estructuras que tienen un mismo sistema estructural, lo cual ha enfatizado la necesidad de replantear las metodologías actuales de diseño sísmico. Es así que, como parte de este replanteamiento, la comunidad internacional de Ingeniería Estructural ha resaltado la importancia de complementar la fase numérica del diseño sísmico con una fase conceptual y de implementación basadas en el control de la respuesta dinámica de las estructuras sismo resistentes. La. 17.

(18) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. filosofía de diseño por desempeño se ha constituido dentro de este contexto como la alternativa más viable para el planteamiento de metodologías de diseño sísmico que den lugar a estructuras que satisfagan las cada vez más complejas necesidades de las sociedades modernas. Los avances logrados hasta el momento han permitido plantear requerimientos de diseño sísmico basados en esta filosofía y sugieren que la siguiente generación de códigos estará basada en ella. (Viera Arroba, 2004) Una falla de los actuales reglamentos de construcción, constituye el hecho de tratar el problema de la demanda sísmica, esto es, espectros de diseño de forma probabilística; por el contrario, la estimación de la respuesta estructural, el control de daño y las posibles pérdidas los aborda determinísticamente; normalmente se verifican las condiciones de servicio mediante el chequeo de las distorsiones de entrepiso; debido a esta incompatibilidad en muchas ocasiones los daños resultan ser diferentes a los esperados. En el caso de México, ejemplos de daño no estructural severo, que ha producido depresiones económicas no solo por los costos de reparación sino por el tiempo de funcionalidad de la estructura que se pierde hasta que se realicen las reparaciones correspondientes, se han podido observar en estructuras de concreto reforzado en el sismo de la ciudad de México de 1979, así como en Manzanillo en el sismo de 1995. El caso del sismo de 1985 en la ciudad de México es un ejemplo claro de la falla de reglamentos construcción modernos para evitar el colapso de estructuras en sismos excepcionales. (Fintel, 1994) 1.4 JUSTIFICACIÓN Las nuevas tendencias de diseño pretenden lograr estructuras con comportamiento sísmico predeterminado (nivel de comportamiento) con igual probabilidad de alcanzar un estado límite específico (desempeño objetivo), cuando se sometan a las solicitaciones sísmicas dadas por un espectro de diseño de peligro o riesgo uniforme asociado a cada nivel de funcionalidad. Lo anterior establece necesariamente varios escenarios de diseño y verificación, para los cuales debe existir la demanda asociada a una probabilidad de falla preestablecida. Lo que se pretende es establecer un procedimiento básico para la deducción del daño estructural espectralmente en términos de la demanda sísmica y la capacidad estructural conocida. (Gallego, 2003) Una gran ventaja del diseño por desempeño o la evaluación estructural basada en el desempeño, es la acertada estimación de la demanda en términos de la rigidez, resistencia y ductilidad de la estructura. A partir de dicha estimación, es posible diseñar una edificación para que se comporte bajo ciertos niveles de desempeño para los cuales fue diseñada. Utilizando las técnicas disponibles para evaluar el desempeño sísmico de una estructura existente, se puede determinar de una manera más confiable su vulnerabilidad frente a una determinada demanda sísmica. Adicionalmente, los costos asociados a la rehabilitación estructural, pueden disminuirse apreciablemente (o eliminarse), frente a los requeridos a partir de la utilización de las metodologías aproximadas incluidas en los códigos de diseño. (Carillo, 2007). 18.

(19) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. El diseño sísmico actual plantea para estructuras convencionales un escenario único de diseño para el cual se requiere que la estructura proteja la vida de sus ocupantes; este esquema plantea un comportamiento no lineal de las edificaciones y admite un daño que se busca controlar, sobre simplificando el problema y desconociendo el comportamiento de las estructuras para cualquier otro movimiento que se presente; la filosofía de diseño entonces extrapola ese escenario y reconoce de antemano que para una demanda menor los daños serán menores; sin embargo, como se mencionó anteriormente, durante varios sismos pasados las estructuras han cumplido con su objetivo de preservar vidas, pero los daños y costos de reparación han sido dramáticos, aún en sismos menores al de diseño; esto impulsa la búsqueda de una "nueva filosofía de diseño" que permita predecir el daño de una mejor forma y establecer el comportamiento sísmico de las estructuras para cualquier demanda. Las nuevas tendencias de diseño sismo resistente siguen el mismo principio de preservar vidas mencionado anteriormente, pero buscan llegar a construcciones con un comportamiento dinámico predecible para cualquier demanda que llegue a solicitarla. Básicamente lo nuevo de la idea es diseñar para varios estados de servicio asociados a sus respectivas demandas. El mal desempeño sísmico se debe a algunas de las deficiencias y lagunas existentes en los procedimientos actuales de diseño sísmico. En particular en el énfasis que se pone en la resistencia y rigidez de la estructura y la falta de atención a demandas que pueden ser relevantes en su desempeño sísmico (en este caso de aceleración), hace imposible para el diseñador considerar todos los aspectos de importancia durante el diseño sísmico. Las mejoras en el entendimiento de la respuesta y desempeño estructural de los sistemas estructurales tradicionales pronto llevaron a concluir que no sería posible establecer los niveles de confiabilidad deseados, ni plantear niveles de confiabilidad consistentes, a menos que las metodologías de diseño sísmico actualicen su formato. Finalmente, otra de las cuestiones que. han puesto en evidencia la. necesidad de adoptar criterios de diseño por desempeño, ha sido el avance tecnológico en el área de la Ingeniería Sísmica. “Puede decirse que este avance ha rebasado las metodologías actuales de diseño sísmico, y por tanto han hecho obsoletos, a los códigos actuales”. (Otani, 1996) 1.5 LINEAS DE INVESTIGACIÓN El Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (I.T.E.S.M.), Campus Monterrey a través de la División de Ingeniería y Arquitectura (D.I.A.) ofrece dentro de su programa de postgrado la Maestría en Ciencias en Ingeniería y Administración de la Construcción (M.A.C.). La D.I.A. con el compromiso de ofrecer una formación académica sólida en las ciencias, trabaja en una vinculación industrial en proyectos de investigación y consultoría mediante líneas de investigación, consultoría y líneas de investigación que impacten en el desarrollo económico y sustentable de nuestro. 19.

(20) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. país. Para llevar a cabo estos proyectos ha creado Centros y Cátedras de Investigación (División de Ingeniería y Arquitectura [D.I.A.] Postgrados, 2005). El Centro de Diseño y Construcción (C.D.C.) ha nacido de la búsqueda por incrementar la competitividad internacional de la industria de la construcción en México, apoyando la transferencia de tecnología en el análisis, diseño y construcción de proyectos de ingeniería civil y arquitectura. A través de sus cátedras permite que el equipo de investigación, formado por un cuerpo de catedráticos y alumnos de la maestría M.A.C., contribuya al mejoramiento e innovación de procesos y tecnologías en el campo de las ingenierías. 1.6 ALCANCE La presente investigación se verá enmarcada en el desarrollo de la metodología del diseño por desempeño para estructuras de hormigón armado que puedan ser catalogadas dentro de la Categoría “A”, aquellas edificaciones esenciales para la seguridad pública, y para ser usadas en caso de emergencia, las cuales representan una amenaza significativa para la vida humana en caso de falla. 1.7 OBJETIVOS 1.7.1. GENERALES. Evaluar el comportamiento sísmico de edificaciones esenciales aplicando los criterios del diseño por desempeño. 1.7.2. ESPECÍFICOS. 1. Presentar el sustento teórico y las bases técnicas del diseño sísmico basado en el desempeño. 2. Permitir el manejo de los principales factores que influyen en la deducción del riesgo sísmico de estructuras de vulnerabilidad conocida. 3. Evaluar el daño estructural y no estructural de una edificación esencial. 4. Confrontar la metodología de diseño actual y la basada en el desempeño mediante la creación de modelos comparativos a través de la simulación de una edificación en el programa de análisis y diseño estructural “SAP 2000 V.14.ADVANCE”. 5. Demostrar la necesidad de cambiar las técnicas de análisis y diseño actual en función del desempeño estructural haciéndolas más precisas y realistas.. 20.

(21) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. Capítulo II MARCO CONCEPTUAL 2.1 CONCEPTO. E. l diseño por basado en el concepto de desempeño sísmico para rehabilitaciones estructuras ha sido ampliamente desarrollado en los Estados Unidos, sobre todo desde que fue plasmado en el FEMA-. 273 (Federal Emergency Management Agency), lineamientos que ahora son tomados como base por el FEMA-356. Estos conceptos difieren del enfoque de los códigos de diseño actuales ya que proveen criterios para obtener niveles de desempeño, más que una serie de reglas específicas de diseño. Los códigos prescriptivos tales como el NZS (New Zeland Standards) de Nueva Zelanda y el UBC (Uniform Building Code) de los Estados Unidos, dictan fuerzas de diseño y requerimientos de detallado; los cuales se asume que al ser cumplidos, garantizan un comportamiento sísmico adecuado. En el diseño por capacidad se busca que en la condición de falla la estructura tenga una redistribución de resistencia que lleve a un mecanismo de falla conocido y deseable, generalmente uno diferente al de cortante. Una aplicación de este concepto es la condición de diseño de diversos reglamentos, donde se busca diseñar para el mecanismo de falla de vigas y no de columnas (columna fuerte, viga débil). El diseño por desempeño es uno de los tipos de diseño por capacidad, donde se busca que la estructura tenga un desempeño adecuado, medido a partir de variables específicas, como lo es la distorsión de entrepiso. (Carillo, 2007) El diseño sismo resistente basado en desempeño es una concepción de ingeniería estructural que predice y evalúa con un aceptable nivel de confianza las demandas y capacidades estructurales, para asegurar los diferentes niveles de desempeño que se requieran, de acuerdo a las características de una determinada obra, de sus componentes y de sus contenidos, asegurando la calidad de la construcción y el mantenimiento a largo plazo. Los niveles de desempeño se expresan en estados de daño correspondientes a condiciones límites. Su fundamentación general, es mucho más amplia que la anotada en normas o códigos, donde una provisión es resulta directamente por los propios dueños, en lugar de aplicar una prescripción tradicional preestablecida. Como elementos alternativos, es posible establecer objetivos apropiados, niveles de desempeño y criterios de aceptación. La diferencia, es que ahora se cuenta con herramientas de cálculo que permiten evaluar y predecir el comportamiento estructural, los diferentes niveles de desempeño y tener una visión más completa de todas las etapas que puede cumplir una edificación. Además, se puede: refinar los códigos de diseño, proporcionar una opción válida para tener niveles de desempeño, mejorar la evaluación y restauración de los edificios existentes (“retrofit”),. 21.

(22) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. racionalizar la estimación de las pérdidas, mejorar la evaluación post-sísmica y aumentar la eficiencia de la investigación en ingeniería sismo resistente. (Holmes, 2000) El desempeño se cuantifica en términos de la cantidad de daño en un edificio afectado por un movimiento sísmico y el impacto que tienen estos daños en las actividades posteriores al evento. Este concepto no sólo es aplicable a edificios, sino que puede ser extendido a todo tipo de estructuras e incluso a sus componentes no estructurales y contenidos. (Bonnett Díaz, 2003). CONCEPTOS. Selección de los objetivos de desempeño. Conveniencia del sitio y análisis de los movimientos del terreno Diseño conceptual: Selección del sistema estructural y su configuración. No. Admisibilidad del diseño conceptual. DISEÑO. Si. Diseño Preliminar. Admisibilidad del diseño preliminar. No. Si Diseño Final. CONSTRUCTOR. Revisión del diseño. Si. Admisibilidad del diseño final. No. Control de Calidad durante. la construcción. Función y mantenimiento de la estructura. Figura II - 1. Diagrama de flujo de la Ingeniería basada en el desempeño (Vision 2000, 1995). 22.

(23) DISEÑO SÍSMICO POR DESEMPEÑO EN EDIFICACIONES ESENCIALES DE CONCRETO REFORAZDO. 2.2 TIPOS DE ANÁLISIS Existen varias metodologías para analizar el comportamiento de una estructura, tanto elásticos lineales como inelásticos.. Dependiendo del grado de precisión requerido, los métodos de análisis se pueden. jerarquizar en cuatro niveles (FEMA). Mientras mayor sea el nivel de jerarquización, más preciso será el desempeño real de la edificación sujeta a demandas sísmicas, pero así mismo el esfuerzo necesario en términos numéricos para ser desarrollada. a) Análisis Lineal Estático (“Linear Static Procedure”). Es adecuado sólo para edificios de regulares, los cuales responden primordialmente dentro del rango elástico. b) Análisis Lineal Dinámico (“Linear Dynamic Procedure”).. Es de gran utilidad para modelar. edificaciones irregulares, las cuales responden primordialmente dentro del rango elástico. c) Análisis No Lineal Estático (“Non-Linear Static Procedure”). Sirve para modelar edificaciones que presentan demandas más allá del rango elástico, pero no valora de forma completa la respuesta dinámica, especialmente los efectos de los modos superiores. d) Análisis No Lineal Dinámico (“Non-Linear Dynamic Procedure”). Es el método más completo de análisis, ya que modela tanto los efectos dinámicos como la respuesta inelástica.. Análisis Lineal Estático Análisis Lineal Dinámico Análisis No Lineal Estático Análisis No Lineal Dinámico Figura II -2. Tipos de Análisis. Éste último método a pesar de ser el más avanzado y completo, resulta demasiado complejo y, por lo tanto, frecuentemente poco práctico. Por esto surgen los métodos de análisis estáticos no lineales, que permiten comprender mejor el comportamiento de las estructuras cuando presentan demandas de tipo sísmico y sobrepasan su capacidad elástica. Hasta el momento no existen disposiciones para el uso de métodos de análisis estático no lineal dentro de códigos de diseño tales como el NZS o el UBC, ya que la mayor aplicación de este tipo de análisis está. 23.