CONGRESO INTERNACIONAL DE LAS

INGENIERAS Y LA ARQUITECTURA

DESEMPEO SSMICO DE EDIFICIOS APORTICADOS

DE HORMIGN ARMADO EN LA REPUBLICA

DOMINICANA

INGENIERO ESTRUCTURAL, ENGINEERS CONSULTANS GROUP

PRESENTADO POR:

ELVIN ALBERTO CABRERA BONILLA 1

INTRODUCCIN

El conocimiento que se tiene en la actualidad sobre el

comportamiento ssmico de las estructuras de hormign armado

construidas en zonas ssmicas, y los constantes cambios que sufren

los reglamentos para el anlisis y diseo ssmico de estructuras,

especialmente los cambios en los niveles de aceleraciones

espectrales, hacen necesario la evaluacin de las estructuras

existente, para medir el nivel de dao que pueden presentar estas

ante eventos ssmicos de severidad especificada. Otra razn que

motiva a la evaluacin estructural de los edificios, es la existencia

de una gran cantidad de estructuras que se construyeron en pocas

donde no existan reglamentos ssmicos y donde no se tom en

cuenta la accin ssmica para el diseo estructural.

2

Desde el ao 1979 hasta el ao 2011, las acciones ssmicas en Republica Dominicana se consideraron a travs de las RPAS, que fueron presentadas por la SEOPC en el boletn M-001. En el 2011, el MOPC, puso en vigencia el R-001, el cual cuenta con niveles de aceleraciones muy superiores a los del M-001.

3

Lo expuesto en el prrafo anterior se refleja en los

diseos estructurales, en la cantidad de refuerzo en los

miembros estructurales y el tamao de las secciones

transversales de los mismos. A raz de esta situacin

surgen las siguientes preguntas cul ser el

desempeo de las estructuras existentes?, colapsaran

ante un sismo?, Qu debemos hacer?, a las que no se

tiene en la actualidad una respuesta tcnica

satisfactoria.

4

Columnas Vigas

REVISIN DE LITERATURA

El desempeo ssmico de una estructura de hormign

armado depende en gran medida del comportamiento

mecnico de los materiales que componen el sistema

estructural, la capacidad de rotacin de los elementos

estructurales, los niveles de prdida de resistencia y

rigidez asociados a la demanda impuesta y la capacidad de

transmitir cargas ms all del rango elstico.

5

En la actualidad existen diversos documentos que presentan procedimientos para evaluar el desempeo ssmico de una estructura; dentro de estos documentos podemos citar:

ATC-40

FEMA-273

FEMA-356

FEMA-440

ASCE 31-03

ASCE 41-06

6

NIVELES DE DESEMPEO SSMICO

Estado de

dao

Nivel de

desempeo

Descripcin de daos

Despreciable

Totalmente

operacional

Dao estructural y no estructural despreciable o nulo.

Los sistemas de evacuacin y todas las instalaciones continan

prestando servicios.

Leve

operacional

Agrietamientos en elementos estructurales. Dao entre leve y

moderado en contenidos y elementos arquitectnicos. Los

sistemas de seguridad y evacuacin funcionan con normalidad.

Moderado

seguridad

Daos moderados en algunos elementos. Perdida de

resistencia y rigidez del sistema resistente de cargas laterales.

El sistema permanece funcional. Algunos elementos no

estructurales y contenidos pueden daarse. Pueden ser

necesarios cerrar el edificio temporalmente.

Severo

Pre-colapso

Daos severos en elementos estructurales. Fallo de elementos

secundarios, no estructurales y contenidos. Puede llegar a ser

necesario demoler el edificio.

Completo colapso Prdida parcial o total de soporte. Colapso parcial o total. No

posible reparacin.

7

DERIVAS MXIMAS PERMISIBLES

SEGN EL NIVEL DE DESEMPEO

Parmetros

de daos

Nivel de desempeo

Totalmente

operacional

Operacional Salvamento

de vida

Prximo al

colapso

Colapso

Deriva

transitoria

NIVELES DE DESEMPEO EN

FUNCIN DEL USO DE LA

EDIFICACIN

Movimiento

ssmico de diseo

Mnimo nivel de desempeo

Edificaciones de

seguridad critica

Edificaciones

esenciales/peligrosas

Edificaciones bsicas

Frecuente

Totalmente

operacional

Totalmente

operacional

Totalmente

operacional

Ocasional

Totalmente

operacional

Totalmente

operacional Operacional

Raro

Totalmente

operacional operacional Salvamento de vida

Muy raro operacional Salvamento de vida Prximo al colapso

9

MOVIMIENTO SSMICO DISEO

SEGN FEMA-356

Movimiento ssmico

de diseo

Probabilidad de

excedencia

Periodo de

exposicin

Intervalo de

recurrencia

Frecuente 50% 50 ao 72

Ocasional 20% 50 ao 225

Raro 10% 50 ao 475

Muy raro 2% 50 ao 2475

10

OBJETIVO DE DESEMPEO

ocupacin

inmediata (IO)

Salvamento

de vida (LS)Movimiento

ssmico de diseo

Nivel de desempeo de la estructuraTotalmente

operacional

(OP)

Prevencin de

colapso (CP)

1

2

3

Frecuente

Ocasional

Raro

Muy raro

o

o

o

- 13

o

1

2

o

o

1

2

11

MTODOS PARA ESTIMAR EL NIVEL

DE DESEMPEO

Anlisis no-lineal esttico ANLE

(push-over)

Mtodo de los coeficientes de desplazamiento

(MCD).

Mtodo del espectro de capacidad (MEC).

mtodo rpido (aproximado de estimacin de

Deformaciones laterales en edificios) del Dr.

Eduardo Miranda.

Anlisis no-lineal dinmico ANLD

12

DESCRIPCIN DE LOS MTODOS

Anlisis no-lineal esttico ANLE (push-

over).

13

DEFINICIN DE RTULA PLSTICA

SEGN FEMA 356.

Las vigas y las columnas se modelan usando modelos de rotulas

plsticas concentradas en los extremos. Los parmetros B, C y D

corresponden a los diferentes niveles de rotacin alcanzados por

las rotulas y se han tomado de las especificaciones del FEMA-356

seccin 6.5.2.2.2 tablas 6-7 y 6-8.

14

MTODO DE COEFICIENTES DE DESPLAZAMIENTO

(MCD) PARA DETERMINAR EL PUNTO DE DESEMPEO

15

MTODO ESPECTRO DE CAPACIDAD

(MEC) PARA ESTIMAR EL PUNTO DE

DESEMPEO

16

MTODO RPIDO (APROXIMADO DE ESTIMACIN DE

DEFORMACIONES LATERALES EN EDIFICIOS) DEL

PROFESOR EDUARDO MIRADA

17

Miranda propuso adems un mtodo para estimar

las distorsiones mximas de entrepiso con la

siguiente ecuacin:

18

EDIFICIO MODELO PARA LA

INVESTIGACIN

19

DESCRIPCIN DEL MODELO

ESTRUCTURAL

El modelo presenta una altura constante por

nivel 3.0 metros y un rea en planta de 270

metros cuadrados. La planta tiene tres paos de

6.0 m (18.0 m) en la direccin transversal X y

tres paos de 5.0 m (15.0 m) en la direccin

longitudinal Y.

20

Moelo Estructural

Espesorgeneral de losas (cm)

Secciones de vigas (cm)

Secciones de columnas

(cm)

F'c, para todos los elementos (Kg/cm2)

Fy, acero log. Y estribos (Kg/cm2)

Santiago de los caballeros

14 30/50 50/50 210 4200

Santo Domingo 14 25/40 40/40 210 4200

DETALLES ESTRUCTURALES

21

SOLICITACIONES SSMICAS

22

Sismo de

diseo

Ss

Santiago

S1

Santiago

Ss

Santo

Domingo

S1

Santo

Domingo

Comportamiento estructural

Sismos

frecuentes

0.436g 0.218g 0.244g 0.105g Perfectamente elstico.

Sismos

ocasionales

0.72g 0.36g 0.403g 0.173g Prcticamente elstico.

Sismos raros 1.0g 0.50g 0.56g 0.24g

Importantes incursiones

inelsticas, con prdida de

resistencia y rigidez la estructura

es reparable.

Sismos muy

raros 1.40g 0.70g 0.94g 0.50g

Severas incursiones inelsticas,

perdida casi total de rigidez y

resistencia no resulta practico

reparar la estructura.

ANLE

Santiago Santo Domingo

RESULTADOS DEL ANLISIS ESTTICO

NO-LINEAL PUSHOVER

Para el anlisis esttico no-lineal (ANLE), se

someti la estructura a tres patrones de carga

lateral correspondiente a una distribucin de

cargas uniforme, triangular invertida y la forma

del primer modo de vibracin en cada direccin.

Mecanismo de formacin de rotulas

plsticas

Curvas de capacidad de los modelos

propuestos 23

FUERZAS CORTANTES Y

DESPLAZAMIENTOS DEL (ANLE)

Ubicacin

edificio

Puntos de

inters

Carga modal Carga uniforme Carga triangular

V (TON) DESP.

(Cm) V (TON) DESP. (Cm) V (TON) DESP. (Cm)

Modelo

de

Santiago

Diseo 179.28 3.08 179.28 3.08 179.28 3.08

1ra rotula 279.4 4.11 375.2 4.7 306.6 6.79

Fluencia

efe (EF). 336.0 4.77 415.7 5.0 331.79 7.2

Colapso 464.11 23.89 558.29 21.1 422 21.46

Modelo

de Santo

Domingo

diseo 72.21 2.61 72.21 2.61 72.21 2.61

1ra rtula 69.14 2.42 117.45 3.6 93.93 3.46

Fluencia

efe (EF). 131.18 4.76 151.52 4.48 125 4.44

Colapso 178.30 19.58 206.80 16.24 168.16 16.98

24

VALORES DE CORTANTE BASAL Y DISTORSIN

MXIMA DE PISO MODELO ESTRUCTURAL

SANTIAGO DE LOS CABALLEROS

25

VALORES DE CORTANTE BASAL Y DISTORSIN

MXIMA DE PISO MODELO ESTRUCTURAL

SANTO DOMINGO

FEMA 356 PUSH-OVER

Carga modal Carga triangular Carga uniforme

Distorsin max. Cortante Vb

(ton.) Distorsin max.

Cortante Vb

(ton.)

Distorsin

max.

Cortante Vb

(ton.)

0.003053023 69.1475 0.002280655 51.4708 0.00245558 68.6088

0.005342086 106.5585 0.004360531 93.9636 0.00454331 117.4524

0.010899982 147.7333 0.005878527 110.6535 0.00989235 172.6416

0.012860553 154.8309 0.011194555 145.8435 0.010697 177.7739

0.020598527 169.8457 0.011252962 146.0209 0.0179634 199.9256

0.024697157 178.3052 0.014464274 157.4557 0.02049477 206.8045

- - 0.020978422 171.717 0.02040741 201.5508

- - 0.021365702 172.4877 - -

- - 0.021347629 167.7915 - -

- - 0.021424071 168.3132 - -

26

SOBRE RESISTENCIA Y CAPACIDAD DE

DUCTILIDAD GLOBAL

ndices de sobre-resistencia modelo estructural

Santiago de los caballeros

27

ndices de sobre-resistencia modelo estructural

Santo Domingo

28

COCIENTES DE CAPACIDAD DE

DUCTILIDAD

Capacidad de ductilidad modelo estructural Santiago de los Caballeros

Capacidad de ductilidad modelo estructural Santo Domingo

29

RESPUESTA DE LOS MODELOS

ESTRUCTURALES ANTE LOS CUATROS NIVELES

DE PELIGRO SSMICO

Demanda de desplazamiento

Demanda de desplazamientos (cm) para el

modelo propuesto en Santiago de los Caballeros

30

Capacidad

ltima

Du= 23.84

Demanda de desplazamientos (cm) para el modelo

propuesto en Santo Domingo

31

Capacidad

ltima

Du= 19.58

DERIVA DE PISO

Demanda de deriva mxima de piso modelo

estructural Santiago de los Caballeros

32

Capacidad

ultima c= 0.03

Demanda de deriva mxima de piso modelo

estructural Santo Domingo

33

Capacidad ltima. c= 0.025

DEMANDA DE CORTANTE BASAL

Cortante basal (Ton.) del modelo estructural

propuesto para Santiago de los Caballeros.

34

Capacidad

ltima

Vu= 464.11

Cortante basal (Ton.) del modelo estructural

propuesto para Santo Domingo.

35

Capacidad

ltima

Vu= 178.30

198.8

DEMANDA DE DUCTILIDAD (D)

Demanda de ductilidad (d), modelo estructural propuesto para Santiago de los Caballeros

Demanda de ductilidad (d), modelo estructural propuesto para Santo Domingo

36

Capacidad

ltima

= 5.11

Capacidad

ltima

= 4.11

DESEMPEO SSMICO DEL EDIFICIO

37

Desempeo ssmico del modelo propuesto para la ciudad de

Santiago de los Caballeros.

38

Desempeo ssmico del modelo propuesto para la ciudad de

Santo Domingo

CONCLUSIONES

Baja Resistencia y rigidez.

Estructuras muy daadas.

Importante incursin en el rango no-lineal en

sismos menores.

Riesgo de colapso edificios de Santo Domingo.

39

RECOMENDACIONES

Evaluar el desempeo ssmico de las estructuras aporticadas de hormign armado que fueron construidas antes de la implementacin del nuevo reglamento ssmico R-001, para su posterior reforzamiento en caso de ser necesario.

Incrementar la rigidez lateral y la resistencia de las estructuras aporticadas de hormign armados existentes como una manera de controlar el dao que pueden sufrir estas ante la ocurrencia de un evento ssmico.

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41