GENERACION DE CURVAS DE VULNERABILIDAD SÍSMICA

PROGRAMA NACIONAL DE REDUCCIN DE RIESGO-PNRR-

GENERACION DE CURVAS DE VULNERABILIDAD SSMICA INTRODUCCION El PROGRAMA NACIONAL DE REDUCCIN DE RIESGO (PNRR), tiene como objetivo Contribuir a la reduccin de riesgos y a la incorporacin de la dimensin ambiental en las inversiones de los sectores pblico y privado, en el marco del Plan de reconstruccin 2010-2014, a fin de salvaguardar vidas y reducir las prdidas econmicas en futuros eventos extremos. Bajo el componente Atlas Dinmico de Riesgo (Componente No.1), se DEBEN desarrollar estudios para definir umbrales de alerta y el anlisis integrado de amenazas y familias vulnerables, a fin de identificar las zonas de ms alto riesgo en el pas para la elaboracin de escenarios de riesgo. Los resultados del anlisis se volcarn en un sistema de informacin territorial en lnea para que los principales actores institucionales y otros usuarios puedan planificar oportunamente acciones especficas de reduccin de riesgos. Parte fundamental del anlisis de riesgos es definir la susceptibilidad al dao o vulnerabilidad de un activo cualquiera sometido a una amenaza determinada, en este caso la amenaza ssmica, que se mide en trminos de un porcentaje medio de dao, definido en general como el costo necesario para llevar el bien a su estado inicial (costo de reparacin en general), como porcentaje del valor total del bien, por lo tanto, se llama funcin de vulnerabilidad a la relacin entre este valor con el parmetro de intensidad seleccionado pare el fenmeno amenazante, para el caso la aceleracin del terreno ante un evento ssmico. El presente informe contiene la descripcin de las metodologas y parmetros utilizados para generar las curvas de vulnerabilidad, los resultados obtenidos de las mismas y su respectiva asignacin a las tipologas constructivas, as como parmetros que permitan el clculo de las curvas de vulnerabilidad utilizando el mdulo correspondiente de la plataforma CAPRA.

Ing. Ricardo Castellanos Araujo

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METODOLOGIAS Y VULNERABILIDAD

PARAMETROS

PARA

GENERAR

CURVAS

DE

Cuando se habla de la Vulnerabilidad en este informe se refiere a la vulnerabilidad estructural, ya que existe tambin la funcional y la no estructural. La Vulnerabilidad Funcional, tiene que ver con la capacidad de operacin que puede tener el inmueble despus de un evento ssmico La Vulnerabilidad no estructural, se refiere al grado de seguridad ssmica que deben tener las paredes no estructurales, ventanas, puertas y otros elementos arquitectnicos, que si bien no comprometen la estabilidad general, pueden causar daos, accidentes y afectar la operatividad del inmueble. La Vulnerabilidad estructural, tiene que ver con el grado de seguridad ssmica que tienen los diferentes elementos que conforman la estructura sismo resistente: vigas, columnas, muros de corte, losas, escaleras, cimientos, entre otros.

Curvas de capacidad (push over)1 La tcnica del pushover, consiste en aplicar a nivel de entrepiso en la estructura, cargas estticas monotnicas, en forma incremental, con variacin constante, triangular o en funcin de los modos de vibracin; hasta llevarle al colapso. Estas curvas pueden obtenerse de un anlisis ssmico esttico no lineal, en el cual va cambiando la rigidez a flexin de los elementos de acuerdo al grado de dao y el resultado que se obtiene es la relacin entre el cortante basal Vo y el desplazamiento lateral mximo en la cubierta del edificio Dt. (capacidad resistente de la estructura). Existen varios criterios para definir el punto de falla o punto de colapso de una estructura. Algunos de esos criterios consideran que el fallo en una estructura se alcanza cuando el desplazamiento lateral mximo DtAguiar Falcon, Roberto Determinacin de puntos notables en la curva de capacidad resistente para el reforzamiento de hospitales http://publiespe.espe.edu.ec/academicas/tecnica/tecnica38/puntos-notables/puntos-notables.htm1


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tiene un valor comprendido entre el 5 y 10% de la altura total del edificio.

Procedimientos analticos para generar curvas de capacidad Generalmente las curvas de capacidad se construyen para representar el modo de vibracin predominante del edificio, que en edificaciones de baja altura, resulta ser el primer modo de vibracin, intentan representar la envolvente de los ciclos de histresis producidos durante un evento ssmico y puede ser considerada como un indicador del desempeo post elstico de la estructura.2 Los modelos, criterios de aceptacin y procedimientos de anlisis de pushover se encuentran en los documentos siguientes: ATC-40: Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings (Evaluacin Ssmica y Reacondicionamiento de Edificios de Concreto)- Aplied Technology Council- (Consejo de Tecnologa Aplicada), FEMA-273: Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, (Directrices para la Rehabilitacin Ssmica de Edificios). FEMAFederal Emergency Management Agency (Agencia Federal de Manejo de Emergencias). Estos documentos definen criterios para establecer la relacin fuerzadeformacin para los puntos crticos en que se pueden generar rtulas plsticas, al producirse una articulacin dentro de la seccin transversal de un elemento estructural, como productos de los ciclos de carga y descarga que se producen durante un sismo. La Figura 1 representa la curva de deformacin plstica, en la que se muestra la fuerza y la deformacin en una rtula plstica, y se identifican cinco puntos denominados A, B, C, D y E; entre B y C, se definen tres puntos marcados como IO, LS y CP A = origen corresponde a la condicin sin carga lateral.2

Kattan, Celina, Re-interpretation of seismic damage scenarios: risk mapping for the case study of San Salvador (El Salvador 1986). Bauhaus-Universitt Weimar, 2010


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B = lmite de fluencia nominal que corresponde al inicio de daos estructurales. C = lmite de seguridad estructural. Representa el punto de mxima capacidad. El tramo entre B y C tienen una pendiente entre el 5 y el 10%, pero como el punto C es difcil de predecir, puede considerarse una lnea recta horizontal. La abscisa en C corresponde a la deformacin en que comienza una degradacin significativa de la resistencia. Ms all de esta deformacin, no puede ser garantizada la reversin de las fuerzas laterales cclicas. Para los elementos frgiles como el concreto, esta deformacin est muy cerca de la deformacin a la que se alcanz la fluencia. Para los elementos dctiles como el acero, esta deformacin es mayor que la deformacin de fluencia. D = esfuerzo residual. Los tramos C-D y D-E pueden tener una pendiente especificada. La cada en la resistencia de C a D representa el fracaso inicial del elemento estructural. Puede estar asociado con fenmenos como la fractura del refuerzo longitudinal, desprendimiento del hormign, o fallas en el confinamiento del refuerzo transversal. Ms all del punto C por lo general no es confiable la resistencia a cargas laterales. Por lo tanto no se debe permitir a deformarse ms all de este punto. E = colapso. El punto E es un punto que define la mxima deformacin ms all de la cual el elemento ya no puede sostener la carga gravitacional. En algunos casos, la falla inicial en C puede ser resultar en la prdida de resistencia gravitacional, en cuyo caso el punto E puede tener una deformacin igual que en C. La resistencia residual entre de D y E puede ser distinto de cero en algunos casos y puede ser cero en los dems. Cuando la informacin especfica no est disponible, la resistencia residual por lo general se puede suponer que ser igual al 20% de la resistencia nominal. El propsito de este segmento es permitir el modelado de componentes que tienen perdida la mayor parte de su fuerza de resistencia lateral, pero que an son capaces de sostener la gravedad cargas. IO = Immediate Occupancy (ocupacin inmediata) LS = Life Safety (Seguridad para la vida) CP = Collapse Prevention (Prevencin de colapso)


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Los valores asignados a cada uno de estos puntos varan en funcin del tipo de miembros, as como muchos otros parmetros definidos en el ATC-40 y los documentos de FEMA-273.

Figura No 2 Relacin de curvas de capacidad y ductilidad Fuente: Otani, Shunsuke, Vulnerabilidad Ssmica en Edificios de Concreyop Armado Conferencia Internacional de Ingeniera Ssmica, Lima, Per, 2007 Ing. Ricardo Castellanos Araujo Pgina 5


VER ANALYSIS REFERENCES ETABS pag 117 El programa ETABS permite El programa ETABS contiene las propiedades no lineales de rotulas plsticas (Frame Nonlinear Hinge Properties) establecidas por defecto, sobre la base siguiente: Elementos de acero: cuadros 5.4 y 5.8 de FEMA-273. Elementos de concreto: Tablas 9.6, 9.7 y 9.12 en el ATC-40. Correspondientes a la definicin de deformaciones segn la figura No 2


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Figura No.3 Curva de capacidad para deformacin tipo II Seccin 9.5.5.1 ATC 40 (Los parmetros a, b, d y e se establecen en las tablas 9-6 a 9.12 del ATC 40)

Procedimiento para realizar un Pushover con el software ETAS: 1) Definir los casos de cargas estticas (LAT tipo Other, CV tipo Live, DEAD tipo Dead) 2) Ingresar a la estructura las cargas permanentes para DEAD y Variables para LIVE 3) Ingresas el patrn de cargas laterales en los nodos de cada nivel. 4) Definir los casos de carga esttica no lineal (Menu DefineStactic Nonlinear/Pushover Cases - Add new Case)


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Ingresar al cuadro de definicin del Pushover. Definir en primer lugar un Caso No lineal para las cargas gravitacionales (ejemplo = CGNL). All se incorporan los factores de mayoracin asociados a las cargas variables y permanentes. Y luego OK. Agregar un segundo lugar, el caso No lineal (Pushover) para las cargas laterales (Ejempo=PUSHX) Para este caso, se selecciona la opcin de "Push to Disp. Magnitud". En esta opcin ingresas la etiqueta y el nivel donde se encuentra la junta, a monitorear en el anlisis. 9) Definir que el anlisis de Pushover se inicie al final del caso "CGNL". Esto permite que el anlisis ante las cargas laterales (pushover) comience luego de la deformada ante cargas gravitacionales. 10) Incorporar el caso de carga "LAT" correspondiente al patrn de cargas laterales asignadas. 11) Establecer los parmetros del anlisis. 12) Definir las propiedades Nolineales de las rtulas plsticas. (Menu Define - Frame Nonlinear Hinge properties) 13) Asignar la ubicacin posible de rtulas plsticas en vigas y columnas. (Menu Assign - frame - frame Nonlinear hinges)

Curvas de vulnerabilidad fsica por sismo La vulnerabilidad se puede interpretar como la susceptibilidad al dao de un activo cualquiera sometido a una amenaza determinada y se mide en trminos de un porcentaje medio de dao, definido en general Ing. Ricardo Castellanos Araujo Pgina 8


como el costo necesario para reparar el inmueble, como porcentaje del valor de reposicin. La relacin de este parmetro con la intensidad del fenmeno amenazante se llama funcin de vulnerabilidad, que representa el comportamiento esperado ante el aumento sucesivo de los parmetros que califican la intensidad de la amenaza. Se presenta como una grfica que tiene en las abscisas la medida de la intensidad del evento ssmico y en las ordenadas la fraccin correspondiente al porcentaje del valor esperado de dao E8b). Esta funcin se asocia a caractersticas fsicas del inmueble, determinados por criterios tcnicos, constructivos y estructurales.

FEMA 273 (PARA ELEMENTOS METALICOS)


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FEMA 273 (PARA ELEMENTOS METALICOS)


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TABLA 9-6 ATC - 40


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TABLA 9-7 ATC - 40

TABLA 9-12 Ing. Ricardo Castellanos Araujo Pgina 13


ATC - 40


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Documents

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