Diseño Sismico Por Desempeño en Colombia
Diseño Sismico Por Desempeño en Colombia
Diseño Sismico Por Desempeño en Colombia
Mauricio Gallego1
Abstract
Future necessity of implement several levels of design is established. The most important variables which defined
the behavior of structures under seismic actions are identified and their influence in the structural behavior is
analyzed in order to obtain the risk spectra associated to a specific seismic hazard and structural vulnerability.
Thus the assessment of the seismic demand associated to any level of performance, which can be used either to
design new structures or evaluate existent structures.
Palabras claves:
Desempeño, diseño sísmico, vulnerabilidad, riesgo, peligro sísmico.
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posibilidad de conocer con precisión el nivel de daño Ejemplo de los niveles de desempeño que hasta ahora se
esperado hace que aun cuando estas estructuras se han considerado se encuentran en las recomendaciones
comporten aparentemente bien ante sismos intensos, emitidas por la SEAOC (1995) (Structural Enginnering
algunas de ellas requieren de reparación. Los nuevos Asociation of California), a través de su reporte "Vision
procedimientos de diseño sísmico por desempeño 2000". En la figura 1 se presentan los objetivos de com-
(DSD) en desarrollo, de interés en el diseño de estructu- portamiento propuestos, relacionados con los niveles de
ras nuevas y en el reforzamiento de existentes, no solo desempeño sísmico y las diferentes intensidades sísmi-
están encaminados a predecir de una manera más clara cas, denominadas niveles de demanda sísmica. En esta
el comportamiento, sino también a controlarlo, ante las figura, cada una de las líneas diagonales representa un
diferentes intensidades sísmicas según sean las nece- objetivo de desempeño, el eje vertical representa las in-
sidades de diseño, (Poland y Hom, 1997). tensidades sísmicas, mientras que el eje horizontal mues-
tra los diferentes niveles de funcionalidad.
El diseño sísmico actual de la norma de construcciones
de Colombia NSR-98 plantea para estructuras conven- El presente artículo pretende determinar este tipo de
cionales un escenario único de diseño para el cual se matrices para condiciones de peligro en Colombia.
requiere que la estructura proteja la vida de sus ocu- Cabe hacer notar que los objetivos de comportamiento
pantes; este esquema plantea un comportamiento no recomendados por "Vision 2000", son un refinamiento
lineal de las edificaciones y admite un daño que se bus- de los objetivos de la mayoría de los reglamentos actua-
ca controlar, sobresimplificando el problema y desco- les que no reflejan necesariamente las necesidades de
nociendo el comportamiento de las estructuras para cada región.
cualquier otro movimiento que se presente; la filosofía
de diseño entonces extrapola ese escenario y reconoce Completamente Seguridad de Cercano al
Funcional Funcional Colapso
de antemano que para una demanda menor los daños vidas
De c
(43 años)
se on
riormente, durante varios sismos pasados las estructu-
m str
50% en 30 años
pe u
ño cc
ras han cumplido con su objetivo de preservar vidas,
no on
pero los daños y costos de reparación han sido dramá- Ocasional
ac s n
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(72 años)
e
O
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ticos, aún en sismos menores al de diseño; esto impul- 50% en 50 años
O
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et
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só a muchos grupos de investigación principalmente
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Raro
en Japón y Estados Unidos a la búsqueda de una "nue-
et
Es
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(475 años)
en
o
10% en 50 años
al
Se
/R
gu
o
da
(970 años)
rí
ti ca
Desplazamiento (cm)
80
Una falla de los actuales reglamentos de construccio- 70
Aceleración (gal)
400
nes, constituye el hecho de tratar el problema de la de- 60
manda sísmica, esto es, espectros de diseño de forma 300 50
40
probabilista; por el contrario, la estimación de la res- 200 30
puesta estructural, el control de daño y las posibles 100
A e s te e s t udi o
20
pérdidas los aborda deterministicamente; normalmente M ZSB ( 1 9 9 7 )
10
D e s te e st ud i o
se verifican las condiciones de servicio mediante el 0 0
0 1 2 3 4 5
chequeo de las distorsiones de entrepiso; debido a esta
Perio do (seg .)
incompatibilidad en muchas ocasiones los daños resul-
tan ser diferentes a los esperados. Es por ello que en
Figura 2: Espectro de peligro uniforme del sitio N44 de Santa
este trabajo pretendemos mostrar la estimación de las Fé de Bogotá
pérdidas de forma igualmente probabilística.
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la deformación y la energía normalizada de la siguiente cia, fy y capacidad dúctil, Gy de un sistema equivalente
forma: de un grado de libertad, con lo que el desplazamiento de
fluencia xy, se representa por medio de:
xi − x y E
h/ m
ID = +β (1) fy f yT 2
xu − x y 0 f u xu
xy = o también x y = (2)
K m4π 2
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bién relaciones de vulnerabilidad, pero ya no para una Al realizar el proceso es posible encontrar las tasas de
distorsión o intensidad sísmica, sino para diferentes excedencia del índice de daño en el sitio N44 y para la
combinaciones de magnitud, distancia y tipo de suelo. estructura de periodo, resistencia y capacidad dúctil
La continuidad que presenta el procedimiento con res- que se requiera, como se observa en la figura 5
pecto a los procedimientos de evaluación de peligro
la figura precedente presenta sustento válido y consis-
permite obtener leyes de atenuación espectrales de ín-
tente para la evaluación del desempeño estructural no
dice de daño inclusive con las condiciones locales del
sólo de estructuras existentes sino también de nuevos
subsuelo presentes. La figura 4 muestra las leyes de
diseños; por ejemplo, para el caso de evaluación de con
atenuación de índice de daño del sitio N44 para estruc-
un análisis de empujón es posible identificar la curva
turas con periodo de 1 seg., fy=0.2w, con una capacidad
correspondiente y verificar sus diferentes estados de
dúctil de Gy=4.
funcionalidad (obviamente es necesario establecer una
relación entre índice de daño y funcionalidad) contra el
N44; T=1,0 s; Gy=4 período de retorno asociado a cada uno de ellos. Para el
1,00 caso de diseño es posible seleccionar de antemano las
M =6 ,0
M =6 ,5
variables y el diseñador podrá verificar las condiciones
M =7 ,0 de riesgo para las que esta diseñando su estructura.
M =7 ,5
Indic e de daño
M =8 ,0
La figura 5 es análoga a la figura 1; pero en este caso los
0,10
estados de funcionalidad se representan mediante el
índice de daño; aquí se muestra como existe una matriz
de funcionalidad diferente para cada estructura de pe-
riodo, capacidad dúctil, resistencia y ubicación conoci-
0,01 da. Por ello como se mencionó la figura 1 no necesaria-
10 100
D is tancia (k m)
mente refleja la realidad de los diseños por desempeño.
Hay 3 preguntas que nuestras sociedades siempre pue-
Figura 4: Leyes de atenuación de ID para T=1.0seg. en N44 den contestar, la primera es ¿cuánto está dispuesto a
con Gy=4 y fy=0.2w
pagar?, la segunda es ¿ cuánto está dispuesto a perder?
La sismicidad de las fuentes ha sido descrita con detalle Y la tercera ¿cada cuánto tiempo?; el valor de las estruc-
en estudios pasados y se usará intacta en lo que sigue; turas se define mediante su rigidez, resistencia y capa-
el riesgo sísmico puede calcularse considerando la cidad dúctil; la figura anterior, puede ser adaptada a
suma de los efectos de la totalidad de las fuentes sísmi- este esquema de preguntas y mostrar en sus ejes las
cas y la distancia entre cada fuente y el sitio donde se variables de resistencia e índice de daño (costo-pérdi-
encuentra la estructura. El riesgo sísmico se evalúa con da); obviamente para el caso la consecuencia son cur-
las leyes de atenuación de ID y la sismicidad de las vas de igual período de retorno (isorrecurencias).
fuentes del país.
N44; T=1.0 s.; Gy=4
0.50
Indice de D año ; T=1.0s, N44, G y=4
0.1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 0.45
100
0.40
fy=0.1*w
fy=0.15*w 0.35
fy=0.2*w
0.30
Perío do de reto rno (año s)
fy=0.25*w
Resistecia/W
fy=0.3*w
0.25
fy=0.4*w
fy=0.5*w 0.20
1000
0.15
0.10
0.05
0.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
10000 Indice de Daño
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