EL PUNTO DE DESEMPEÑO EN

PORTICOS RESISTENTES A MOMENTOS

CÓDIGOS DE DISEÑO

ATC- 40

FEMA-365

NSR-10

PROFESOR. ING. MSC. EFREN RAMIREZ

PRESENTADO POR : ING .HUGO ALBERTO BOHORQUEZ

UNIVERSIDAD DEL VALLE FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL - ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

Y GEOMATICA JUNIO 2016

MÉTODOS DE ANÁLISIS • Los Elásticos:

La fuerza lateral estática: FHE

La fuerza lateral dinámica: AED

• Los Inelástico:

Dinámico no lineal de estructuras, -demasiado complejo y,

frecuentemente impracticable. Modelo de corte basal

desplazamiento en la cima, Modelo de corte de piso-

desplazamiento relativo de piso

Estático no lineal “Push Over”,

Métodos para estimar el punto de desempeño

• Método del Espectro de Capacidad (MEC)-(Punto de desempeño) ATC-40

• Método del Coeficiente de Desplazamiento (MCD)-(Desplazamiento objetivo) FEMA-365,NSR10.

• Método N2 (MN2)

MARCO TEORICO

• CAPACIDAD: Resistencia y Capacidad de deformarse

• DEMANDA: Solicitación Sísmica, Estimación de la respuesta esperada

• DESEMPEÑO: Verificación de que los componentes estructurales y no estructurales no estén dañados.

• PUNTO DE DESEMPEÑO representa el máximo desplazamiento de la estructura esperado, para una determinada demanda sísmica.

PUNTO DE DESEMPEÑO

ATC -40

Niveles para elementos

estructurales

SP-1-Ocupacion inmediata

SP-2-Daño controlado

SP-3-Seguridad

SP-4- Seguridad limitada

SP-5 Estabilidad Estructural

SP6-No considerado

Niveles para elementos no estructurales

NP-A Operacional

NP-B Ocupación inmediata

NP-C Seguridad

NP-D Amenaza

NP-E No considerado

FEMA 365

Niveles para elementos

estructurales y no estructurales

1-A Nivel Operacional

1-B Nivel de Ocupación Intermedia

3-C Nivel de Seguridad de vida

5-E Nivel de Prevención del Colapso

NSR-10

Se apoyan en la FEMA 365

ATC -40

Esquema del procedimiento utilizado para el análisis push-over

Método del Espectro de Capacidad (MEC)

• Propuesto por Freeman 1975, Método rápido para la evaluación del riesgo sismico.

• La demanda sísmica se representa por medio de un espectro inelástico en formato AD (Sa vs Sd) , que considera la respuesta no lineal de la estructura. El espectro inelástico se obtiene a partir de la reducción del espectro elástico lineal, por medio de un amortiguamiento histerético equivalente (βeq ).

Conversión del Espectro de Respuesta

Debido a que se está trabajando con un sistema de 1GDL, La transformación del espectro de aceleraciones (Sa-T), al formato mencionado se puede realizar mediante la ecuación:

Representación bilineal de la curva de

capacidad - ATC -40- Punto de desempeño

Representación bilineal del espectro de capacidad - MEC.

Amortiguamiento viscoso equivalente βeq y espectro de demanda reducido • El amortiguamiento que ocurre cuando un movimiento sísmico lleva a una

estructura dentro del rango inelástico puede ser visto como una combinación de

un amortiguamiento viscoso, que es inherente a la estructura (generalmente igual

al 5 %) y un amortiguamiento histerético β0, que está relacionado con el área

interior de los lazos que se forman cuando se grafica la fuerza sísmica (cortante

en la base) frente al desplazamiento de la estructura (ATC, 1996).

El amortiguamiento viscoso equivalente, βeq puede ser representado como:

El amortiguamiento histerético, β0, puede ser calculado como (Chopra 1995):

OBTENCION DEL B EQUIVALENTE

El espectro de demanda reducido se obtiene a partir de dos factores de reducción

espectral para la aceleración, SRA, y para la velocidad, SRV . Estos factores son

función del amortiguamiento viscoso equivalente βeq y se definen como (ATC-40,

1996):

Valores para el factor modificador del amortiguamiento (ATC, 1996).

Valores mínimos requeridos para SRA y SRV

Descripción del método

1. Cálculo de la curva de capacidad mediante un análisis push-over. El método del

espectro de capacidad no impone el uso de un determinado patrón de cargas

para el análisis, y permite adicionalmente considerar los efectos de los modos

de vibración más altos para estructuras de gran altura (Paret et al., 1996).

2. Estimación de las características dinámicas de la estructura, tales como:

períodos de vibración (Ti), formas modales (θiR), factores de participación modal

(PFR) y el coeficiente de masa modal efectiva (αR). Los valores de αR y PFR puede

ser calculados como:

donde mi es la masa concentrada del piso i , N es el número de niveles y el

subíndice R representa el modo de vibración. Generalmente, se utiliza el

primer modo de vibración (R = 1).

3. Determinación del espectro de capacidad mediante el uso de los factores α1 y PF1 . Las aceleraciones Sai y los desplazamientos espectrales Sdi se obtienen como:

4. Superposición del espectro elástico de respuesta (5 % de amortiguamiento) con el espectro de capacidad.

5. Se supone un punto de desempeño de partida (dpi, api) tal como se muestra

en la Figura. Este punto puede definirse a partir de la ”aproximación de desplazamientos iguales”, la cual supone que el desplazamiento espectral

inelástico es el mismo que podría ocurrir si la estructura tuviera un comportamiento elástico perfecto.

6. Representación bilineal del espectro de capacidad.

7. Se calcula el espectro de demanda reducido y se superpone gráficamente con el espectro de capacidad, en su forma bilineal.

8. Determinación del punto de intersección del espectro de capacidad con el espectro de demanda (dp, ap).

9. Si el desplazamiento dp correspondiente al punto de intersección de los espectros de capacidad y demanda reducido está entre un ±5 % del desplazamiento dpi supuesto (0.95dpi ≤ dp ≤ 1.05dpi), el punto de desempeño (dpi, api) se toma el (dp, ap) definitivo. De lo contrario, si no se cumple con esta tolerancia, es necesario suponer otro punto (dpi, api) y regresar al paso 6.

Descripción del método

Descripción del método

Punto de desempeño obtenido a partir del valor supuesto - MEC.

FEMA 365

• CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO DE DEMANDA USANDO EL MÉTODO DE COEFICIENTE DE DESPLAZAMIENTO SEGÚN FEMA 356

• El método de coeficiente de desplazamiento provee un proceso numérico directo para calcular el desplazamiento de demanda. Este método no requiere convertir la curva de capacidad a coordenadas espectrales. El ámbito de aplicación se limita a edificios regulares, es decir, que no tengan efectos torsionales o influencia de modos mayores.

1. CONSIDERACIONES DE ANÁLISIS Y MODELAMIENTO • Influencia de Modos Altos:>90%

• Desplazamiento Objetivo

• Cargas de Gravedad:

• Componentes Primarios y Secundarios

• Nodo de Control

• Distribución de carga lateral

2. CONSTRUCCIÓN DE LA REPRESENTACIÓN

BILINEAL DE LA CURVA DE CAPACIDAD.

3. CÁLCULO DEL PERIODO FUNDAMENTAL EFECTIVO

• 4. CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO OBJETIVO

Co. Este coeficiente relaciona el desplazamiento de una estructura de VGDL y

el desplazamiento de su sistema de 1GDL equivalente.

COEFICIENTE C1

Este factor relaciona el máximo desplazamiento elástico y el máximo desplazamiento inelástico en estructuras con lazos histeréticos completa o relativamente estables. Los valores de este coeficiente están basados en investigaciones analíticas y experimentales. Para su cálculo se emplea la cantidad R, que es la relación de la resistencia elástica requerida a la resistencia de fluencia de la estructura. Vy: curva idealizada de fuerza-desplazamiento. W:Peso sísmico Sa: Aceleración del espectro de frecuencia. G: Gravedad

Te: Periodo fundamental efectivo del edificio en la dirección bajo consideración. Ts: Periodo característico del espectro de respuesta, definido como el periodo correspondiente a la transición del segmento constante de aceleración al segmento de velocidad constante.

COEFICIENTE C2 • Este factor de modificación representa el efecto de

la forma de histéresis en la respuesta de desplazamiento máxima.

• Tipo I: Estructuras donde más del 30% del cortante basal en cualquier nivel es resistido por uno o una combinación de estos sistemas.

• - Pórtico resistente a momentos

• - Pórticos concéntricamente arriostrados

• - Pórticos con conexiones parcialmente restringidas

• - Muros de Concreto Armado

• - Muros de Albañilería

• Tipo II: Otro sistema diferente al tipo I.

NSR-10

A-3.2.1 — Modelación Se debe definir un modelo matemático de la estructura que represente

adecuadamente la distribución espacial de la masa y de la rigidez del sistema estructural considerando los efectos de la no linealidad de los componentes para los niveles de deformación que excedan el límite proporcional Se deben incluir los efectos P - delta en el análisis.

Se debe seleccionar un punto de control para cada modelo. Para estructuras sin altillos - El centro de la masa del nivel más alto de la estructura

Para estructuras con altillos, - El centro de la masa del nivel en la base del altillo

A-3.2.2 — Análisis —

La estructura se debe analizar para la aplicación de las acciones sísmicas ocurriendo simultáneamente con los efectos de carga muerta combinadas con no menos del 25 por ciento de las cargas vivas requeridas por el diseño

A-3.2.3 — Resistencia efectiva a la fluencia y periodo efectivo

Se debe ajustar una curva bilineal a la curva de capacidad, de tal manera que el primer segmento de la curva bilineal coincida con la curva de capacidad al 60% de la capacidad efectiva a la fluencia.

• La resistencia efectiva a la fluencia Vy , corresponde al total de la fuerza lateral aplicada en la intersección de los dos segmentos

• El desplazamiento efectivo de fluencia δy, corresponde al desplazamiento del punto de control en la intersección de los dos segmentos de línea.

El periodo efectivo fundamental Te , se debe determinar utilizando la siguiente ecuación:

Donde: V1 , δ1 , y T1 se determinan para el primer incremento de la carga lateral

A-3.2.5 — Desplazamiento Objetivo. • El desplazamiento objetivo del punto de control δT

• Donde la aceleración espectral Sa , se determina como dice la Sección A.2.6 para el periodo fundamental efectivo Te, g es la aceleración de gravedad, y los coeficientes C0 y Cl se determinan de la siguiente manera:

• Donde:

• mi = la porción de la masa total M localizada en el Nivel i

• φi = la amplitud del vector característico de forma al Nivel i

A-3.2.5 — Desplazamiento Objetivo. • Cuando el periodo fundamental efectivo de la estructura en la dirección

bajo consideración, Te, es mayor que Tc como lo define el numeral A.2.6.1.1, el coeficiente C1 =1.0., De lo contrario el valor del coeficiente C1 se debe calcular utilizando la ecuación A-3.2-4 así:

• Tc y Vy se definen arriba, Sa es la aceleración espectral del diseño en el periodo efectivo fundamental, Te es el período efectivo fundamental definido en la sección A-3.2.3 y M = Masa total del edificio

CODIGOS Procedimiento

- Propio

Representación Bilineal

Curva de Capacidad

Espectro de

Demanda Reducido

Superposicion Espectro -

Elasticos y Capacidad

ATC -40 X X X X

FEMA X X X

NSR-10 X X No directo X

CODIGOS Supone Punto

de partidad

Chequeo del

Desplazamiento

Supuesto

niveles de

Desempeño

Estructural

ATC -40 X X

FEMA X X

NSR-10 X X

* Ocupacion -

* Seguridad deVida-

* Colapso

CONCLUSIONES

• Los códigos ATC-40, FEMA, determinan parámetros para el diseño en los diferentes niveles de desempeño de la estructura (Ocupación Inmediata, Seguridad de Vida y colapso), la Norma NSR-10 se acoge a lo establecido en FEMA, y recomienda el diseño para la seguridad de vida.

• Cuando la NSR-10 manifiesta, que estructura se debe diseñar para que el total de la fuerza lateral aplicada no disminuya en ningún paso del análisis para los desplazamientos del punto de control en un valor menor o igual al 125% del desplazamiento objetivo, esto teniendo un factor de seguridad del 25% de las fuerzas aplicadas, tales como considerando parte de la carga viva en ese instante.

BIBLIOGRAFIA • RESUMEN: ATC-40 CAP. 8 PROCEDIMIENTO DE ANA LISIS ESTA TICO NO

LINEAL - Bach. Ronald J. Purca

• CÁLCULO DEL DESPLAZAMIENTO DE DEMANDA USANDO EL MÉTODO DE COEFICIENTES DE DESPLAZAMIENTO SEGÚN FEMA 356- Bach. Ronald J. Purca

• COMPARACTIVO DE METODOGÍAS PARA ENCONTRAR EL PUNTO DE

DESEMPEÑO EN PORTICOS RESISTENTES A MOMENTOS.- Elías Carabalí

• FEMA 356 Prestandard.

• DESEMPEÑO SISMICO DE EDIFICIOS BINOMIO CAPACIDAD DEMANDA