AICE Nov 2012 Rev1 Rene Lagos

Diseo Basado en

Desempeo en Chile?

Ren Lagos C. - Ingeniero Civil C.E.O. Rene Lagos Engineers

[email protected]

renelagos engineers

Performance of High-Rise Concrete Buildings in Chile

International Journal of High-Rise Buildings CTBUH (sep. 2012)

Coautores

Marianne KUPFER,

Jorge LINDENBERG,

Patricio BONELLI,

Rodolfo SARAGONI,

Tomas GUENDELMAN,

Leonardo MASSONE,

Ruben BOROSCHEK,

Fernando YAEZ,

renelagos engineers

Objetivos de la NCh433

Lograr estructuras que:

a) resistan sin daos movimientos ssmicos de intensidad

moderada;

b) limiten los daos en elementos no estructurales durante

sismos de mediana intensidad;

c) aunque presenten daos, eviten el colapso durante

sismos de intensidad excepcionalmente severa.

Filosofa de Diseo Ssmico

renelagos engineers




moderada;





- Se mencionan tres niveles de intensidad de movimiento

ssmico, pero la norma no los define en forma explcita.

- Se definen como objetivo tres niveles de desempeo pero no

se exige su verificacin explcita.


renelagos engineers




moderada;





- Los procedimientos definidos en las normas tradicionales

intentan satisfacer implicitamente y simultneamente los tres

objetivos de desempeo, estableciendo reglas prescriptivas

para un solo nivel de solicitacin ssmica.


renelagos engineers

Vision 2000 (SEAOC 1995):

Conceptos para el Diseo por Desempeo (PBD)


Objetivos de Desempeo

Niveles Ssmicos para Diseo y Verificacin

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Niveles de desempeo

Como se produce dao?:

a) Dao Estructural: Depende de c y s

b) Dao en componentes No-Estructurales: i / hi

c) Dao en Contenidos: Depende de la aceleracin.


renelagos engineers

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos

Desempeo de la Edificacin

Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de

Desempeo(Vision 2000)

SEAOC VISION 2000

d/H objetivo: 0.002 0.005 0.015 0.025 renelagos engineers

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de


SEAOC VISION 2000

d/H objetivo: 0.002 0.005 0.015 0.025

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

renelagos engineers

Los Angeles Tall Buildings

Structural Design Council

(LATBSDC)

Pacific Earthquake

Engineering Research

Center (PEER)

Council on Tall Buildings

And Urban Habitat

(CTBUH)

Ejemplos de Normas Ssmicas para

Performance-base Design

renelagos engineers

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de


SEAOC VISION 2000

d/H 0.002 0.005 0.015 0.025

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

renelagos engineers

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de


SEAOC VISION 2000

d/H 0.002 0.005 0.015 0.025

Extremadamente Raro = MCE

(PR = 2475 aos)

2% en 50 aos con tope deterministico.

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

1.5 Sa

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de


SEAOC VISION 2000

d/H 0.002 0.005 0.015 0.025

Extremadamente Raro = MCE

(PR = 2475 aos)

2% en 50 aos con tope deterministico.

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

1.5 Sa Baja Probabilidad

de Colapso

Ssmos de Magnitud 8 entre 1570 y 2010 en Chile

renelagos engineers

renelagos engineers

Cmo se comportaron los edificios en el

terremoto del 27F - 2010?

Solo los habitacionales construidos entre 1985 y 2009

Edificios que colapsaron: 4 (aprox.)

Edificios para demolicin: 40 (estimados)

Nmero de edificios > 3 pisos 9.974

Nmero de edificios > 9 pisos 1.939

Edificios Colapsados > 9 pisos: 0.2 %

Edificios para demolicin: 2.0 %

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de



Structural Design Council (LATBSDC)

d/H objetivo: 0.002 0.005 0.015 0.025

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

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La Prctica Chilena en Diseo Ssmico

Chile tiene varias normas de solicitaciones y de diseo

ssmico, diferenciadas por funcionalidad o sistema

estructural.

Normas de solicitaciones ssmicas:

NCh433 para edificios residenciales y oficinas NCh2745 para edificios con aislacin basal NCh2369 para instalaciones industriales

Performance Based Design: No est en las Normas

Se ha usado en proyectos especiales Anlisis No-lineal (push-over, time history) Para identificar modo de falla y nivel de desempeo

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Demandas Elsticas en las Normas Chilenas: (SD: 10% en 50 aos)

NCh 433 Of 2009 para edificios residenciales y oficinas

NCh 2745 Of 2003 para edificion con aislacin basal

NCh 2369 Of 2003 para instalaciones industriales

A) Espectros de Aceleraciones B) Espectros de Desplazamiento Espectros de respuesta para 5% de amortiguamiento y registros (Mw 7.8 - 8.8) obtenidos en Zona ssmica 3 y suelo Tpo II

NCh 2745

NCh 2745

NCh 2369

NCh 2369

NCh 433 NCh 433

NCh 2745

NCh 433

NCh 2745

NCh 433


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NCh 433 Of 2009:

Tipo de anlisis: Anlisis Modal Espectral Modelo Lineal Fuerzas de diseo: Respuesta elstica reducida por R* Esfuerzo de corte basal: Esfuerzo de corte mnimo Control de deriva: En el C.M. y en el permetro

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Espectro Elstico: Sa (Zona Ssmica 3)


renelagos engineers


renelagos engineers

u = desplazamiento lateral de diseo en el techo (DS61)

Niv

ele

s d

e S

acudid

a S

sm

ica Frecuente

(PR = 43 aos)

50% in 30 aos

Ocasional

(PR = 72 aos)

50% in 50 aos

Severa

(PR = 475 aos)

10% in 50 aos

Muy Severa

(PR = 970 aos)

10% in 100 aos


Plenamente

Operativo

Seguridad

de VidaOperativo

Colapso

Inminente

Objetivos de



Structural Design Council (LATBSDC)

d/H objetivo: 0.002 0.005 0.015 0.025

Nivel de

Demanda

NCh433

Sa/R*

1.4 Sa/R*

Sa

1.2 Sa

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El edificio chileno de H.A.

Indices Estructurales

relacionados con Desempeo

Ssmico

renelagos engineers

d = desplazamiento de diseo (NCh433)

y = desplazamiento de fluencia (push-over analysis)

u = desplazamiento mximo de techo = 1.3 Sde (NCh433)

= demanda global de ductilidad de desplazamiento = u / y

renelagos engineers

Vu

Diagrama: Fuerza Horizontal V - Deformacin lateral

u

p

Edificios Chilenos: Indices Estructurales

Vu

1.4 d

renelagos engineers

u

p

Diagrama: Fuerza Horizontal V - Deformacin lateral


d = desplazamiento de diseo (NCh433)

y = desplazamiento de fluencia (push-over analysis)

u = desplazamiento mximo de techo = 1.3 Sde (NCh433)

= demanda global de ductilidad de desp. = u / y *

* = razn de ductilidad de desp. modificada = u / 1.4d

Razn de ductilidad de desplazamiento modificada *

* = u / 1.4* d = demanda global de ductilidad de desp.

1280 edificios: Base de datos Ren Lagos Engineers

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Envolvente de *


renelagos engineers


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Espectro de Desempeo a partir del Espectro de Desplazamiento

1.3Sde max


renelagos engineers

Short & Flex.

Tall & Stiff Tall & Flex.

Short & Stiff

Stiff Flex.

Tall

Short

1.3Sde max


Espectro de Desempeo a partir del Espectro de Desplazamiento

Indice de Desempeo: u /Ho

2622 Edificios Chilenos: Base de Datos T. Guendelman

u = 1.3 Sde (Tag)

88%

54%

renelagos engineers

u

Ho

0

5

10

15

20

0 50 100 150 200 250

10

00

du/H

o

Ho/T (m/sec)

Drift and Stiffness2622 Chilean Buildings Database by Guendelman

fully operational

operational

flexiblebuildings

normalstiffnessbuildings

stiff buildings



Desplazamiento de Techo u =1.3 Sde (Zona 2 - Suelo II) 85 Edificios: Base de Datos Ren Lagos Engineers

Buildings with Ho/T > 40 (normal stiff.)

Drift < 0.005 (operational) renelagos engineers


La manera ms eficiente de mejorar el desempeo

ssmico es reducir el drift aumentando el valor del parmetro Ho/ T

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Los edificios de muros tienen valores del parmetro

Ho/ T mayores que los edificios de marcos rgidos

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Desplazamiento relativo de entre-piso: i / hs Indicador de control de dao en elementos no-estructurales

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d top

i

d i hs

i

d i

hs

d top d top

H

edif. muros edif. marcos sistemas duales

Max i ~ 1.2 Max i ~ 2.0 Max i ~ 1.2

Studies based on inelastic models for Chilean earthquakes records (Bonelli, 2008) indicate ratios

between maximum interstory drift vs maximum roof drift between 1.2 and 2.0, the smallest values

for shear wall type buildings and the largest values for frame type buildings.

=dtop / H i =di / hs


Demanda de Desplazamiento vs Dao Ssmico Estructural

Parmetros: Ho/T - Deformacin unitaria del hormign c

Post-terremoto la Norma NCh430 establece

un control de dao ~ SDI

ACI 318-11 21.9.6.2 model

renelagos engineers

lw

hw

u = demanda de curvatura p = demanda de rotacin


0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

c

c/lw

N=15

N=20

N=25

Ho/T=40

Ho/T=70

Ho/T=100

N= nmero de pisos Zona Ssmica 3 Suelo Tipo D

Profundidad de la fibra neutra (%):

Edificios Flexibles (bajo Ho/T) son mas suceptibles de dao cuando aumenta la carga axial. Los edificios de rigidez intermedia (Ho/T=70 ), presentan valores de c < 0.008 para c/lw< 0.5 En edificios rgidos (Ho/T=100 ), la mayora de los valores de c quedan bajo el lmite 0.003 Para niveles bajos e carga axial (low c/lw), es poco probable que se produzca dao por

compresin, independientemente de la rigidez de la estructura y del nmero de pisos.

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0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

c

c/lw

N=15

N=20

N=25

Ho/T=40

Ho/T=70

Ho/T=100

N= nmero de pisos Zona Ssmica 3 Suelo Tipo D lw

hw





La incorporacin Post-terremoto en la Norma Chilena de un lmite a la deformacin unitaria por compresin en el hormign = 0.008 (estado lmite de dao por compresin), puede ser

vista como una reduccin en los niveles de carga axial (o en la profundidad del eje neutro),

pero tambin puede interpretarse como un incentivo a la adopcin de structuras mas rgidas,

lo cual reafirma la prctica histrica Chilena.

renelagos engineers

lw

hw




0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60

c

c/lw

N=15

N=20

N=25

Ho/T=40

Ho/T=70

Ho/T=100

N= nmero de pisos Zona Ssmica 3 Suelo Tipo D


Basado en lo anterior, se puede afirmar que, aunque el

Objectivo Bsico de la Norma Chilena es similar al criterio del VISION2000 (SEAOC), el nivel real de

desempeo que se logra para edificios normales est

ms prximo al objetivo de desempeo correspondiente a

edificios en categora Esenciales - Peligrosos .

Edificios Chilenos: desempeo Ssmico Estructural

renelagos engineers

Edificios tpicos Chilenos de muros

1.- En Chile ocurren terremotos de gran magnitud cada

83 9 aos en la zona central del pais. En forma prctica, podramos asumir que todo edificio

experimentar durante su vida til, en alguna ocasin el

sismo ms severo. Por lo cual vastara con considerar

para efectos de diseo, un solo ssmo, para el cual el

objetivo de diseo debera ser de ocupacin inmediata

(operational).

renelagos engineers

Concluciones:

Diseo Basado en Desempeo en Chile?

2.- El parmetro Ho/T tiene una buena correlacin con los

objetivos de desempeo definidos como u/Ho de acuerdo al documento VISION 2000 del SEAOC.

En edificios con altos valores de Ho/T (>70), los estudios

indican que en suelos firmes es posible esperar una

respuesta gloval elstica, no obstante que a nivel de

elementos individuales, puede ocurrir comportamiento

inelstico.

renelagos engineers

Concluciones:


3.- La incorporacin post-terremoto en la Norma Chilena

de un lmite a la deformacin unitaria por compresin en

el hormign = 0.008 (estado lmite de dao por

compresin), puede ser vista como una reduccin en los

niveles de carga axial (o en la profundidad del eje neutro),

pero tambin puede interpretarse como un incentivo a la

adopcin de structuras mas rgidas, lo cual reafirma la

prctica histrica Chilena. Esta exigencia en conjunto con

el uso de sistemas estructurales con valores altos de Ho/T

conduce a estructuras que presentan buenos niveles de

desempeo ssmico.

renelagos engineers

Concluciones:


4.- Reconociendo que el nivel de desempeo de un

edificio depende de la demanda de esplazamiento y no de

su resistencia, las limitaciones de la norma Chilena

NCh433.Of96 para deformaciones de entrepiso bajo

fuerzas reducidas, en conjunto con la exigencia de un

esfuerzo de corte basal mnimo, han derivado en el uso de

sistemas estructurales rgidos con altos valores de Ho/T.

Esto indirectamente ha contribuido el comportamiento

exitoso que histricamente han presentado nuestros

edificios al ser sometidos a terremotos fuertes.

renelagos engineers

Concluciones:


5.- La norma Chilena de diseo ssmico declara como

objetivo un nivel de desempeo de seguridad de vida para el terremoto de los 475 aos para edificios normales.

Sin embargo como se ha mostrado, el Drift de techo para la mayora de los edificios diseados de acuerdo a la

prctica Chilena queda bajo 0.5%, lo cual corresponde a

un nivel de operacional. Tambin se debe reconocer que para terremotos

frecuentes o incluso ocasionales, los edificios han

presentado niveles de desempeo completamente operacional.

renelagos engineers

Concluciones:


renelagos engineers

Chilean type shear wall buildings

Concluciones:


6.- Basado en lo anterior, se puede afirmar que, aunque el

Objectivo Bsico de la Norma Chilena es similar al criterio del VISION2000 (SEAOC), el nivel real de

desempeo que se logra para edificios normales est

ms prximo al objetivo de desempeo correspondiente a

edificios en categora Esenciales - Peligrosos .

Gracias!

renelagos engineers

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