zavala seismicdesign parte 1
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FIC-UNI Escuela de Post Grado
Comportamiento de Estructuras de Acero
Diseño Sísmico
Dr. Ing. Carlos ZAVALA
1 - INTRODUCCIÓN
Capacidad de los edificios de Acero en Sismos Pasados
Recomendaciones de diseño sísmico de edificios de acero
Filosofía de los requerimientos sismicos
Introducción al diseño sísmico con LRFD
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Causas Perdidas por Terremoto: 1900 to 1990
Collapse of
Masonry Buildings
Fire
Collapse of Timber
Buildings
Other Causes
Landslides
Collapse of RC Buildings
Collapse of
Masonry Buildings
Fire
Collapse of Timber
Buildings
Other Causes
Landslides Collapse of RC Buildings
Perdidas por Terremoto: 1900 - 1949
(795,000 perdidas)
Perdidas por Terremoto: 1950 - 1990
(583,000 perdidas)
Fuente: Michael D. Engelhardt
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños en edificaciones IndustrialesSismo de Maule 2010
Fuente: Ruben Borosheck
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños en edificaciones IndustrialesSismo de Maule 2010
Fuente: Ruben Borosheck & Asociados
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños en edificaciones IndustrialesSismo de Maule 2010
Fuente: Ruben Borosheck
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Fuente: Ruben Borosheck
Daños en edificaciones IndustrialesSismo de Maule 2010
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Fuente: Eduardo Miranda
Daños No EstructuralesSismo de Northridge 1994
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños No EstructuralesSismo de Maule 2010
Aeropuerto de Santiago
Fuente: Ruben Borosheck & Asociados
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños No EstructuralesSismo de Maule 2010Estantería Metalica
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Daños No EstructuralesSismo de Tohoku 2011
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Atico 2001
Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Atico 2001
Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Atico 2001
Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua
Daños Grúa
Edificio de Turbinas
Planta Termal de ILO, Moquegua
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Atico 2001
Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua
Daños en Edificio de Turbinas
Desplome de Grua
Planta Termal de ILO, Moquegua
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Atico 2001
Daños Planta Termal de Ilo - Moquegua
Desplome de Paneles en Edificio de Turbinas
Planta Termal de ILO, Moquegua
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Northridge 1994
California - USA
Fuente: Michael D. Engelhardt
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Fuente: Michael D. Engelhardt
Sismo de Northridge 1994
California - USA
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Northridge 1994
California - USA
Fuente: Michael D. Engelhardt
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Fuente: Michael D. Engelhardt
Sismo de Northridge 1994
California - USA
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Sismo de Northridge 1994
California - USA
Fuente: Michael D. Engelhardt
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Recomendaciones para diseño sísmico
• Structural Engineers Association of California (SEAOC) Blue Book – 1988: First comprehensive detailing provisions for steel
• American Institute of Steel Construction (AISC) Seismic Provisions
– 1st ed. 1990
– 2nd ed. 1992
– 3rd ed. 1997
• Supplement No. 1: February 1999
• Supplement No. 2: November 2000
– 4th ed. 2002
– 5th ed. 2005
– 6th ed. 2010
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Filosofía para de los códigos para el diseño de
edificios convencionales resistentes a sismos.
Objetivo: Prevenir el colapso de un edificio frente a un
Sismo severo
Objetivos no cubiertos:
- Limitar del daño no estructural
- Mantener la función del edificio
- Estado para reparación rapida
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Para Prevenir el Colapso por Sismo
Desarrollar un Diseño Ductil
H
HDuctildad = Deformation Inelastica
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HH
Δyield Δfailure
Factor de Ductilidad μ =Δfailure
Δyield
Diseño Dúctil
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H
Fuerza
Ductilidad Requerida
MAX
Helastic
3/4 *Helastic
1/2 *Helastic
1/4 *Helastic
Fuente: Michael D. Engelhardt
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HDuctilida = Fluencia
Falla = Rotura o Inestabilidad
Ductilidad Estructuras de Acero: Fluencia
Modos de Falla NO Dúctiles: Rotura o Inestabilidad
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Para el desarrollo de un diseño ductil:
• Escoger elementos del pórtico que sean
considerados fusibles que van a fluir durante un
sismo; por ejemplo las vigas en un portico
resistente a momento, los arriostres de un portico
con arriostres concéntricos, los enlaces en un
portico con arriostres excéntricos.
• Detallar los fusibles de manera que puedan resistir
una gran deformación inelástica antes que ocurra
la fractura o inestabilidad (ejemplo detallar los
fusibles para una ductilidad).
• Diseñar el resto de elementos del pórtico para que
sean mas Fuertes que los fusibles; diseñar los
elementos del pórtico para desarrollar la capacidad
inelastica de los fusibles.
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
(a) (b)
Ejemplos:
(a) Comportamiento mas dúctil
(b) Comportamiento menos dúctil
Muestra de Comportamientos Ductiles
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
2010 AISC Seismic Provisions
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
2010 AISC Seismic Provisions
Part I: Seismic design provisions for structural
steel buildings
Part II: Seismic design provisions for composite
structural steel and reinforced concrete
buildings
√
X
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AISC Seismic Provisions:
Material Properties for Determination of Required Strength of Members and Connections
Expected Yield Strength = Ry Fy
Expected Tensile Strength = Rt Fu
Fy = minimum specified yield strength
Fu = minimum specified tensile strength
Ry and Rt are based on statistical analysis of
mill data.
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Table I-6-1
Ry and Rt Values for Different Member Types
Hot-Rolled Shapes and Bars:
ASTM A36 1.5 1.2
ASTM A572 Gr 42 1.1 1.1
ASTM A992; A572 Gr 50 or Gr 55;
ASTM A913 Gr 50, 60 or 65; ASTM A588;
A1011 HSLAS Gr 50 1.1 1.1
ASTM A529 Gr 50 1.2 1.2
ASTM A529 Gr 55 1.1 1.2
Hollow Structural Sections (HSS):
ASTM A500 Gr B or Gr C; ASTM A501 1.4 1.3
Pipe:
ASTM A53 1.6 1.2
Plates:
ASTM A36 1.3 1.2
ASTM A572 Gr50; ASTM A588 1.1 1.2
Application Ry Rt
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Ejemplo: A36 ángulos usados en Pórticos Especiales con Arriostre Concéntrico (SCBF)
Fy = 36 ksi
Fu = 58 ksi
Ry Fy = 1.5 36 ksi = 54 ksi
Rt Fu = 1.2 58 ksi = 70 ksi
Ejemplo: A992 Perfiles W usados en pórticos especiales de momento (SMF)
Fy = 50 ksi
Fu = 65 ksi
Ry Fy = 1.1 50 ksi = 55 ksi
Rt Fu = 1.1 65 ksi = 72 ksi
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
FUERZA ESPERADA EN EL MATERIAL
Cuando sea requerido, la fuerza requerida en el elemento (un
miembro o una conexión a un miembro) debe ser determinada a
partir del esfuerzo de fluencia esperado, Ry Fy del elemento o
elemento que se le conecta, el que sea aplicable, donde Fy es el
mínimo esfuerzo de fluencia especificado a usarse en el miembro y
Ry es la relación entre el esfuerzo de fluencia esperado al mínimo
esfuerzo de fluencia especificado, Fy, del material.
Cuando se requiera determinar la fuerza nominal, Rn, para los
estados límites en un miembro en donde la fuerza requerida es
determinada, el esfuerzo de fluencia esperado Ry Fy, y el esfuerzo
de rotura esperado Rt Fu, se permite que sean usados en lugar de Fy
y Fu respectivamente, donde Fu es el mínimo esfuerzo de rotura en
tracción y Rt es la relación entre esfuerzo de rotura por tracción
esperada y el mínimo esfuerzo de rotura, Fu del material.
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Aplicación Ry Rt
Secciones roladas y barras
ASTM A 1,5 1,2
ASTM A1043 1,3 1,1
ASTM A572 Gr. 50 o Gr. 55 1,1 1,1
ASTM A913 Gr. 50 Gr. 60 o Gr. 65
ASTM A588, ASTM A992
ASTM A1043 Gr. 50 1,2 1,1
ASTM A529 Gr. 50 1,2 1,2
ASTM A529 Gr. 55 1,1 1,2
Secciones tubulares estructurales (HSS)
ASTM A500 (Gr. B o C), ASTM A501 1,4 1,3
TubosASTM A53 1,6 1,2
Planchas, Flejes y Platinas
ASTM A36 1,3 1,2
ASTM A1043 Gr. 36 1,3 1,1
ASTM A1011 HS LAS Gr. 55 1,1 1,1
ASTM A572 Gr. 42 1,3 1,0
ASTM A572 Gr. 50, Gr. 55, ASTM A588 1,1 1,2
ASTM 1043 Gr. 50 1,2 1,1
Acero de Refuerzo
ASTM A615 Gr. 60, ASTM A706 Gr. 60 1,25 1,25
TABLA 13.2
Valores Ry y Rt para material de acero estructural
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Propiedades mecánicas para Soldaduras de Sistemas Resistentes a Sismos
Propiedad Clasificación
480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi)
Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min.
Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min.
Elongación 22 % min. 19 % min.
Tenacidad CVN 27 J min. @ - 18 ºC a
a Materiales de aporte que cumplan con 27 J mínimo, a una temperatura menor de – 18 ºC también cumpleneste requisito.
Soldaduras para sistemas resistentes a sismoTodas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben serhechos con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadrosiguiente:
Tabla 13.3.1
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Propiedades mecánicas para las Soldaduras de Demanda Critica
Propiedad Clasificación
480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi)
Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min.
Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min.
Elongación 22 % min. 19 % min.
Tenacidad CVN 54 J min. @ 20 ºC b, c
b Para Temperatura mínima de servicio esperada (LAST) de + 10 ºC. Para LAST menor que + 10 ºC verAWS D1.8/D1.8M numeral 6.3.6.c Ensayos ejecutados de acuerdo con AWS D1.8/D1.8M anexo A que cumplen con 54 J mínimo, a unatemperatura menor de + 20 ºC también cumplen este requisito.
Soldaduras de demanda criticaSe designan soldaduras de demanda crítica aquellas hechas con material de relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente:Tabla 13.3.2
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Ejemplo: SCBF Arrisotre y Conexión del Arriostre
Para dimensionar el elemento
La fuerza esperada se calcula con las
combinaciones de carga de la norma
La Resistencia se calcula con el mínimo
valor de Fy
Dr. Ing. Carlos ZAVALA – CISMID/FIC/UNI
Ejemplo: SCBF Arriostre y Conexión del Arriostre
La fuerza axial requerida en el elemento
arriostre será aquella que produzca la
fluencia del miembro arriostre = Ry Fy Ag
Ry Fy Ag