Elementos de Diseño por Desempeño por José I Elementos de Diseño por Desempeño por José I. Restrepo Universidad de California, San Diego Universidad Técnica Federico Santa Maria Viña del Mar, Chile, Octubre 2009

Curso de Diseño por Desempeño Introducción Conceptos de mecánica y plasticidad del concreto estructural Relación momento-curvatura Rótula plásticas Definición de ductilidad Mecanismos y relaciones entre diferentes ductilidades Reflexiones acerca del Diseño por la Fuerza Conceptos elementales de dinámica estructural Formas modales Espectros de desplazamiento Criterios basados en desempeño para analizar un proyecto Objetivos y definiciones del daño Preservación del patrimonio Protección de la vida Prevención del colapso Niveles de amenaza Metodología de diseño basado en desplazamientos Diseño por capacidad

Introducción 1906 – San Francisco 3,000 deaths 1923 – Tokyo 1908 - Messina

Introducción Filosofía de las Normas Actuales El diseño de estructuras basado en la resistencia sísmica (normativas y códigos corrientes) tiene como objetivos principales que las estructuras sean capaces de resistir: Sismos de baja intensidad sin sufrir daños estructurales significativos Sismos moderados con daños reparables Sismos de mayor intensidad sin que se produzca el colapso

Introducción Filosofía de las Normas Actuales Sin embargo, las normas existentes han sido escritas primordialmente para mitigar la pérdida de vidas humanas Por este motivo hoy en dia nos damos cuenta que la gran cantidad de pérdidas económicas en edificaciones diseñadas de acuerdo a la normas actuales se deben a daños en los elementos no estructurales

Introducción Filosofía de las Normas Actuales Las normativas se han ido ajustando empíricamente a medida que se observan sus deficiencias Por ejemplo, el criterio de deriva de piso en la Norma Colombiana se ajustó a partir de los daños observados en los sismos de los 90s en Antioquia y el Eje Cafetero

Introducción Evolución de los Criterios de Diseño Sismo-resistente 1971 San Fernando Sismos impulsivos 1933 Long Beach 1931 Napier 1989 Loma Prieta Es insuficiente Detalle por ductilidad 1994 Northridge 1908 Messina Primera norma sísmica Sismos 1906 San Francisco 1923 Kanto 1941 Tesis de Housner Respuesta inelástica Ductilidad 1969 Diseño por Capacidad Mecanismos 1995 Diseño por Desempeño Detalle por ductilidad Siglo XX Siglo XXI Consecuencias Mitigación de pérdida de vida humana – Método de la fuerza Gestión de pérdidas

Introducción Diseño por Desempeño Comienza a partir de las reflexiones acerca del comportamiento sísmico de edificaciones en los sismos de 1989 y 1994 en California Los fundamentos de esta filosofía de diseño aparecen en el Documento “Vision 2000” publicado por la Asociación de Ingenieros Estructurales de California (SEAOC, 1995) El diseño basado en el desempeño sísmico consiste en la selección de esquemas de evaluación apropiados que permitan el dimensionado y detalle de los componentes estructurales, no estructurales y contenidos, de manera que, para unos niveles de movimiento del terreno determinados y con ciertos niveles de fiabilidad, los daños en la estructura no deberán superar ciertos estados límite (Bertero, 1997).

Diseño por Desempeño Olive View Hospital luego del Sismo de San Fernando en 1971

Diseño por Desempeño Sylmar Medical Facility en el Sismo de Northridge en 1994 1.53g at the roof ROOF 1.53g 4th FLOOR 1.10g 3rd FLOOR 1.02g 1st FLOOR 0.80g 0.8g at the base (Instrumentation by CSMIP-CGS ) (Photo by E. Miranda)

Diseño por Desempeño Sylmar Medical Facility El Hospital se diseñó creyendo que la habilidad de funcionar luego de un sismo fuerte era únicamente función de la resistencia del sistema estructural. No se diseñó el Hospital como un todo, incluyendo los elementos no estructurales y el contenido es un sistema que debería haber sido diseñado con los mismos parámetros. El sismo de Northridge el Hospital se inundó y tuvo que ser evacuado y fue habitado de nuevo un mes mas tarde Las pérdidas directas ascendieron al 11% del costo de reemplazo completo del Hospital. El daño fue predominantemente en la parte no estructural (Photo by R. Reitherman/EERI) (Photo by Greg Hardy/EERI) (Photo by James Malley/EERI)

Niveles de Desempeño o Estados Limites Diseño por Desempeño Niveles de Desempeño o Estados Limites Un nivel de desempeño representa una condición límite o tolerable establecida en función de tres aspectos fundamentales (SEAOC Vision 2000, 1995): Posibles daños físicos sobre los componentes estructurales y no estructurales Amenaza sobre la seguridad de los ocupantes de la edificación, inducida por estos daños Funcionalidad de la edificación posterior al terremoto

Niveles de Desempeño Propuestos por el Comité VISION 2000 Diseño por Desempeño Niveles de Desempeño Propuestos por el Comité VISION 2000 Totalmente operacional: no ocurren esencialmente daños. Segura para sus ocupantes. Funcionalidad garantizada. No se requieren reparaciones. Operacional: daños moderados en los elementos no estructurales y en el contenido de la edificación. Daños leves en los elementos estructurales. Ocupación inmediata después del sismo. Los daños en contenidos y componentes no estructurales pueden interrumpir algunas funciones. Se requieren algunas reparaciones menores. Seguridad: daños moderados en elementos estructurales, no estructurales y en algunos contenidos de la construcción. La rigidez lateral y la capacidad de la estructura se ven reducidas. Margen de seguridad frente al colapso. Los daños producidos pueden impedir que la estructura sea ocupada inmediatamente. Es probable que sea necesario proceder a su rehabilitación. Próximo al colapso: la estabilidad de la estructura se ve comprometida aproximándose al colapso. Los servicios de evacuación pueden verse interrumpidos por fallos locales. Los elementos que soportan las cargas verticales continúan en funcionamiento. La estructura es insegura para sus ocupantes y el costo de su reparación puede no ser técnicamente viable desde un punto de vista económico.

Niveles de Desempeño Propuestos por el Comité VISION 2000 Diseño por Desempeño Niveles de Desempeño Propuestos por el Comité VISION 2000

Movimientos Sísmicos de Diseño Propuesta del comité VISION 2000