sesiÓn iii comportamiento estructural -...

SESIÓN III

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL

PRESIDE

Arturo Tena Colunga, UAM-A

PANELISTAS

Luis Esteva Maraboto, I de I, UNAMEduardo Miranda Mijares, Universidad de StanfordEmilio Sordo Zabay, UAM-AFrancisco García Jarque, García Jarque Ingenieros

BREVE REFLEXIONESBREVE REFLEXIONES

Transparencia en los espectros de diseño sísmico elásticos e inelásticos (óptica: ¡abogado del diablo!)

Estructuras irregulares (me encantaría, no hay tiempo, en el panel)

Sistemas de piso (igualmente, no hay tiempo, en el panel)

Espectros de Diseño SísmicoEspectros de Diseño Sísmico

Un espectro de diseño sísmico elástico debe, además de ser una envolvente de los espectro de respuesta elásticos registrados o esperados para un sitio específico o toda una región, debe también cubrir razonablemente a las fuentes de incertidumbre (variaciones en las propiedades de los suelos, de la estructura, masas, etc).

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Los espectros de diseño elástico del RCDF-76 se definieron con base en criterios probabilistas y así se definieron las máximas ordenadas espectrales que pudieran esperarse en la zona de terreno blando de la ciudad de México con base en la información de sismos intensos recabada entre 1957 y 1975, de los cuales el evento más fuerte era el sismo del 28 de julio de 1957 (M=7.7).

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Cuando ocurrió el sismo del 14 de marzo de 1979 (M=7.6), se compararon los espectros de respuesta calculados para los registros acelerográficos de las estaciones de terreno blando con que se contaba en ese entonces (SCT, Tlatelolco, TXCL, TXSO) con el espectro de diseño elástico (Q=1) del RCDF-76 y se observó que, en efecto, el espectro de diseño del RCDF-76 los envolvía.

Por ello, los ingenieros de la práctica y los profesores de ese tiempo estaban muy complacidos y confiados diseñando estructuras conforme al RCDF-76, pues la información que se tenía hasta esa fecha indicaba que su espectro de diseño elástico cubría muy razonablemente las ordenadas espectrales que pudieran presentarse en diversos sitios de la zona de lago.

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Cuando vinieron los sismos de septiembre de 1985 y se obtuvo el espectro de respuestas para el acelerogramaregistrado en la componente E-W de la estación SCT, se observó que la ordenadas espectrales máximas superaban notablemente a las del espectro de diseño del RCDF-76 en un intervalo de periodos muy amplio (0<T<3.2s).

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De hecho, la ordenada espectral máxima (Sa=1g para T=2s) era aproximadamente 4 veces mayor a la ordenada máxima que definía la meseta del espectro de diseño para suelos blandos del RCDF-76 (c=0.24g), como se ilustra en la figura.

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Lo racional y conducente era entonces redefinir al espectro de diseño elástico de manera que cubriera al menos las nuevas ordenadas espectrales máximas que se habían obtenido. Esto implicaba subir la meseta del espectro de diseño elástico a una ordenada espectral c=1g.

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En ese tiempo hubo un enorme debate al respeto, pues los ingenieros de la práctica argumentaron que hacer esto llevaría a no poder diseñar y construir estructuras en la zona de terreno blando de la ciudad de México y que, además, aunque el daño observado en edificios fue grande en números absolutos, en números relativos (%) no lo fue tanto, particularmente en aquéllos diseñados conforme al RCDF-76.

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Fue entonces que se tuvo que tomar una decisión técnico-política para definir al espectro de diseño elástico para la zona de terreno blando (zona III) del RCDF para las normas de emergencia de 1985, con lo cual se perdió la transparencia del espectro de diseño elástico de las NTCS.

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Se sabía que, en el diseño por sismo de esa época, las estructuras tenían una resistencia ante carga lateral mayor a la supuesta en su diseño debido a reservas de resistencia o fuentes adicionales de resistencia que no se cuantificaban directamente. A estas reservas adicionales de resistencia se le conoce actualmente con el término genérico de “sobrerresistencia”.

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Además, no sería económico el diseño de estructuras ante el sismo máximo de diseño permitiendo que esta respondiera elásticamente, por lo que debe diseñarse tolerando un nivel de daño ante tal acción a partir de considerar que responderá en el intervalo no lineal. Por ello, desde el reglamento de 1976 se definió una cierta capacidad de deformación inelástica tolerable en función de una ductilidad global que pudiera desarrollarse, en función del factor de comportamiento sísmico Q.

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Entonces, lo que se hizo en ese entonces es calcular el espectro de respuesta no lineal del registro SCT-1985 SCT para una demanda uniforme de ductilidad μ=Q=4, que fue la máxima que se decidió permitir a partir de las normas de emergencia de 1985, y entonces se obtuvo que la aceleración máxima de este sistema inelástico para T=2s, sería anl=0.10g. Tomando en cuenta la regla de Veletsos-Newmark de igual desplazamiento, se obtuvo que la ordenada espectral “elástica equivalente” sería c=Q*anl=4*0.10g=0.40g.

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Entonces, se determinó así que la aceleración espectral que definiría la meseta del espectro de diseño “elástico” de la zona de terreno blando en las Normas de Emergencia de 1985 fuera c=0.4g, como se ilustra en la figura y, como se observa, no cubre al espectro de respuesta elástico del registro SCT85-EW.

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En realidad, el espectro de diseño “elástico” de las normas de emergencia de 1985, que prácticamente es el mismo que después se estableció en las NTCS-87 y NTCS-95, consideran implícitamente una reducción por sobrerresistencia que no es transparente a los usuarios, y el nivel máximo de sobrerresistencia inherente con respecto al registro SCT85-EW es R=1g/0.4g=2.5, lo cual en su tiempo los responsables en hacerlo lo consideraron razonable.


Como resultado, desde 1985 los espectros “elásticos” de diseño del cuerpo principal de las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo del RCDF dejaron de ser transparentes y, para quienes no conocen su origen, se volvieron “obscuros” o, los menos enterados, como nuestros colegas internacionales, simplemente suponen que están mal (y que, por lo tanto, ¡los mexicanos somos medio bueyes!).

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Lamentablemente, en el cuerpo principal de las NTCS-2004 se sigue insistiendo con definir este tipo de espectros anti-transparentes, que toman en cuenta de manera “oculta”, y no racional, el nivel de sobrerresistencia que pueden desarrollar las estructuras.

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0T

a Zone 1Zone IIZone IIIaZone IIIbZone IIIcZone IIId


El argumento de los entendidos para seguir con ello es que la mayoría de “los ingenieros de la práctica” ya están acostumbrados a diseñar así y no estarían dispuestos a adaptarse a metodologías de diseño sísmico más actualizadas que partan de la definición precisa de un espectro de diseño elástico. A varios de nosotros nos parece que cualquier buen profesionistase debe esmerar por actualizarse para ejercer su profesión con la calidad y ética que de ellos espera y demanda la sociedad en que viven y a la que sirven. Sería inadmisible que, “por costumbre”, nosotros dejáramos que los médicos especialistas ejercieran su profesión sin actualizarse, muy particularmente en el caso de los cirujanos. Así que no deben existir pretextos en este sentido para cualquier individuo que presuma ser un profesional en toda la extensión dela palabra.


Por ello, se introdujo el Apéndice A en las NTCS-2004, donde se definen espectros de diseño elástico realistas, que vuelven a ser envolventes de los espectros de respuesta elástico de los movimientos del terreno máximos esperado en un sitio o región de interés.

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En el Apéndice A de las NTCS-2004 se pueden definir espectros de diseño de sitio reglamentarios más adecuados y racionales para el diseño de cada sitio, toda vez que se conocen, ya sea con estudios específicos de geotecnia o con la información ya disponible, el periodo del sitio de interés (TS).


De esta manera, el concepto de la dinámica estructural y su importancia se retoma, así como los conceptos por lo que se permite y justifica reducir a los espectros de diseño, o se deben amplificar, como discutiremos más adelante. Con ello, el diseño sísmico de estructuras avanza significativamente, haciendo más transparente el proceso a los ingenieros diseñadores.


Esto obviamente requiere que los diseñadores tengan un conocimiento a buen nivel de la dinámica de estructuras y de conceptos de diseño sismorresistente en general. Bueno, pues para eso les pagan los clientes, ¿o no? Yo por lo menos no me conformaría con el diagnóstico de un médico general sobre un malestar cardiaco, renal, etc, etc, etc… Por supuesto, el especialista me cobrará más, o tendré que hacer grandes gestiones para atenderme en el sistema público de salud, pero mi salud lo vale, creo yo…

Así que nosotros decidimos si seguimos diseñando con base en un espectro “elástico”, obscuro de origen.Y, para el estado límite de colapso, reducimos las aceleraciones espectrales también de manera semi-obscura por “ductilidad” en función de los factores Q y Q´

Espectros Inelásticos de DiseñoEspectros Inelásticos de Diseño

Periodo

Aceleración

Espectro elástico

a 0

Ta Tb

Espectro inelástico

cβQ´

Desplazamiento

Fuerza

Sistema inelástico (EPP)

Sistema elástico

Q´

Q

Por ejemplo, Cuerpo Principal NTCSPor ejemplo, Cuerpo Principal NTCS--87 a NTCS87 a NTCS--20042004

O si en cambio, intentamos diseñar transparentemente con base en definir un espectro de diseño elástico realista y entonces reducimos el espectro por cada concepto que sea relevante, por ductilidad (en función de Q y Q´) y por sobrerresistencia (R), como es la propuesta del Apéndice A de las mismas NTCS-2004.


Desplazamiento

Fuerza


Sistema elástico

Q´R

QRPeriodo

Aceleración

Espectro elástico

a 0

Ta Tb

Espectro reducido

cβQ´R

a 0R

Por ejemplo, Apéndice A de las NTCSPor ejemplo, Apéndice A de las NTCS--20042004

O mejor aún, los espectros de diseño elástico convergen también al desplazamiento máximo del terreno para periodos largos y se reducen por cada uno de los conceptos que se han distinguido como relevantes en el diseño sismo-resistente moderno, como son ductilidad (Q y Q´), sobrerresistencia (R), redundancia (ρ) y comportamiento degradante (Acd), como es la propuesta del MOC-2008.


a

a0

bc

TTa Tb Tc

Elástico

Inelástico

Q´Rp

a0R p

Desplazamiento

Fuerza


Sistema elástico

Q´R

QRr

r

MOCMOC--20082008

T

DFIRM SOILS

SOFT SOILS

Que se adopte una versión actualizada del procedimiento del MOC-2008 como el futuro Cuerpo Principal de las NTCS y,Que en el futuro Apéndice A de las NTCS se formule un procedimiento de diseño por desplazamientos para al menos los dos niveles de desempeño que se consideran actualmente en el Apéndice A de las NTCS-2004 y el MOC-2008: (a) servicio y, (b) prevención de colapso.

Sueño Posible sobre el Futuro RCDFSueño Posible sobre el Futuro RCDF

a

a0

bc

TTa Tb Tc

Elástico

Inelástico

Q´Rp

a0R p

¡SI SE PUEDE!¡SI SE PUEDE!

T

DFIRM SOILS

SOFT SOILS

sesiÓn iii comportamiento estructural -...

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