Traduccion Atc - 40.docx

Este

capítulo

presenta

procedimientos

dinámico y procedimientos elásticos que

analíticos para evaluar el rendimiento de los

utilizan relaciones de capacidad de demanda.

edificios existentes y verificar el diseño de los reacondicionamientos

sísmicos.

la

organización del capítulo te es la siguiente:

el análisis completo del historial de tiempo no lineal, que en este momento se considera

Sección 8.1

Introducción

Sección 8.2

Métodos para realizar análisis

demasiado complejo e impráctico para uso general. Los métodos de análisis no lineal simplificados

no lineales simplificados Sección 8.2.1 Procedimientos paso a paso para determinar la capacidad (pushover)

paso

El método de análisis inelástico más básico es

disponibles, denominados procedimientos de análisis estáticos no lineales, incluyen el método de espectro de capacidad (CSM) que utiliza la

Sección 8.2.2 Procedimientos paso a

intersección de la curva de capacidad (pushover) y

para

un espectro de respuesta reducido para estimar el

determinar

la

demanda.

desplazamiento máximo: el método del coeficiente

(desplazamientos)

de desplazamiento 273 (ATC 1996 a)) que

Sección 8.2.3 Procedimientos paso a paso para verificar el rendimiento

utiliza el análisis pushover y una versión modificada del desplazamiento igual; y el método

Sección 8.2.4 Otras consideraciones

secante (por ejemplo, la ciudad de los Ángeles, división

Sección 8.3

Ejemplo de procedimientos

Conceptos

básicos

de

1995))

que

usa

una

estructura sustitutiva y rigideces secantes.

Sección 8.4 Otros métodos de análisis Sección 8.5

95(COLA

Este documento enfatiza el uso de procedimientos

la

estáticos no lineales en general y se enfoca en el método del espectro de capacidad. Este método no

dinámica estructural

se ha desarrollado en detalle anteriormente.

Diversos métodos de análisis, tanto elásticos

Proporciona un tratamiento particularmente

(lineales) como inelásticos (no lineales),

riguroso de la reducción de la demanda sísmica

están disponibles para el análisis de edificios

para el desplazamiento creciente.

concretos existentes. Los métodos de análisis elástico-disponibles incluyen procedimientos de

fuerza

lateral

estática

de

código,

procedimientos de fuerza lateral de código

El método del coeficiente de desplazamiento es

retroalimentación ofrece una imagen clara de

una alternativa igual y se revisa brevemente.

cómo un edificio responde al movimiento sísmico

Estos métodos se describen en detalle en la sección

del suelo, y como se ilustra en el capítulo 6,

8.2 y se proporciona un ejemplo en la Sección 8.3.

proporciona una imagen inmediata y clara de

Muchos de los otros métodos de análisis

cómo varias estrategias de modernización, como

disponibles se discuten en la sección 8.4.

agregar rigidez o fuerza, impactarán la respuesta

Aunque un análisis elástico configura una

del edificio a las demandas de terremotos.

buena indicación de la capacidad elástica de las

8.2.- Métodos para realizar análisis simplificados

estructuras e indica dónde ocurrirá el primer

no lineales

rendimiento, no puede predecir los mecanismos de falla y dar cuenta de la redistribución de fuerzas durante

el

rendimiento

progresivo.

Los

procedimientos de análisis inelásticos ayudan a demostrar cómo funcionan realmente los edificios

Dos elementos clave de un procedimiento de diseño basado en el rendimiento son la demanda y la capacidad. La demanda es una representación de la capacidad de la estructura para resistir la demanda sísmica.

mediante la identificación de modos de falla y el potencial de colapso progresivo. El uso de

El rendimiento depende de la manera en que la

procedimientos inelásticos para el diseño y la

capacidad sea capaz de manejar la demanda. En

evaluación es un intento de ayudar a los

otras palabras, la estructura debe tener la

ingenieros

se

capacidad de resistir las demandas del terremoto,

comportarán las estructuras cuando se someten a

de modo que el desempeño de la estructura sea

grandes terremotos, donde se supone que se

compatible con los objetivos del diseño.

superará la capacidad elástica de la estructura.

Los procedimientos simplificados de análisis no

Esto resuelve algunas de las incertidumbres

lineal que utilizan métodos pushover, como el

asociadas con el código y los procedimientos

método del espectro de capacidad y el método del

elásticos.

coeficiente de desplazamiento, requieren la

El método del espectro de capacidad, un

determinación de tres elementos primarios,

procedimiento estático no lineal que proporciona

capacidad,

una representación gráfica de la curva de la

rendimiento.

capacidad de desplazamiento de la fuerza global

Cada uno de estos elementos se trata brevemente a

de la estructura (es decir, pushover) y lo compara

continuación.

a

comprender

mejor

cómo

con la representación del espectro de respuesta o las demandas del terremoto es una herramienta muy útil

en

la

evaluación

y

el

diseño

de

demanda

(desplazamiento)

y

Capacidad: La

capacidad general de una

tiempo para determinar los requisitos de diseño

estructura depende de la fuerza y las capacidades

estructural se juzga poco práctico. Los métodos

de deformación de los componentes individuales

tradicionales de análisis lineal usan fuerzas

de la estructura. Para determinar las capacidades

laterales para representar una condición de diseño.

más allá de los límites elásticos, se requiere

Para los métodos no lineales, es más fácil y más

alguna forma de análisis no lineal, como el

directo usar un conjunto de desplazamiento

procedimiento

procedimiento

lateral como condición de diseño. Para una

utiliza una serie de análisis elásticos secuenciales

estructura dada y movimiento de tierra, la

superpuestos para aproximar un diagrama de

demanda de desplazamiento es una estimación de

capacidad de desplazamiento de la fuerza de la

la respuesta máxima esperada del edificio durante

estructura general. El modelo matemático de la

el movimiento del suelo.

pushover.

Este

estructura se modifica para tener en cuenta la resistencia reducida de los componentes de rendimiento. Una distribución de fuerza lateral se aplica nuevamente hasta que se produzcan componentes adicionales.

Rendimiento: una vez que se define una curva de capacidad y un desplazamiento de la demanda, se puede realizar una verificación de rendimiento. Una verificación de rendimiento verifica que los componentes estructurales y no estructurales no

Este proceso continúa hasta que la estructura se

están dañados más allá de los límites aceptables

vuelve inestable hasta que la estructura se vuelve

del objetivo de rendimiento para la fuerza y los

inestable o hasta que se alcanza un límite

desplazamientos implicados por la demanda de

predeterminado. Este proceso se analiza con más

desplazamiento.

detalle en la sección 8.2.1. Para los modelos bidimensionales, hay programas de computadora disponibles

que

modelan

directamente

el

comportamiento no lineal y pueden crear una curva de inserción directamente. La curva de capacidad de empuje se aproxima a cómo se comportan las estructuras después de superar el límite elástico. Demanda(desplazamiento): Los movimientos del suelo durante un terremoto producen patrones complejos de desplazamiento horizontal en estructuras que pueden variar con el tiempo. El seguimiento de este movimiento en cada paso del

Las siguientes tres subsecciones proporcionan procedimientos paso a paso para determinar la capacidad, la demanda y el rendimiento utilizando el método del espectro de capacidad y el método del coeficiente de desplazamiento. Excepto por los procedimientos utilizados para determinar el desplazamiento de la demanda, los métodos son bastante similares.

Procedimientos paso a paso para determinar la

modelada, siga las reglas de modelado de

capacidad

base en el capítulo 10.

La capacidad de la estructura está representada por una curva de empuje. La forma más conveniente de trazar la curva de desplazamiento de la fuerza es rastrear la cizalladura de la base y

2. Clasifique cada elemento en el modelo como primario o secundario como se define en el capítulo 9. 3. Aplique fuerzas de la historia lateral a la estructura en proporción al producto de la

el desplazamiento del techo.

masa y la forma del modo fundamental. Algunos programas informáticos no lineales (p.

Este análisis también debe incluir cargas

Ej., Drain-2dx) (powell et al. 1992) pueden

por gravedad.

realizar un análisis pushover directamente, sin necesidad de iteración. El método paso a paso a continuación no aplica si se usan dichos programas.

Cuando

se usa

un

programa

informático lineal (por ejemplo, Etabs (csi 1995), savia 90 (csi 1992), risa (risa 1993), se puede usar el siguiente procedimiento para construir

Comentario: El procedimiento pushover se ha presentado en varias formas para su uso en una variedad de metodologías (por ejemplo, Senevirama y Krawinkler 1994, Moehle 1992). Como su nombre lo indica, es el proceso de empujar horizontalmente, con un patrón de carga prescrito, de forma incremental, hasta

una curva de barrido:

que la estructura alcanza un estado límite. la curva de capacidad generalmente se construye

Hay varios niveles de sofisticación que

para representar la primera respuesta en modo de

pueden usarse para el análisis pushover. A

la estructura basada en la suposición de que el

continuación, se dan cinco ejemplos. Sin

modo fundamental de vibración es la respuesta

embargo, el nivel 3 se prescribe como método

predominante de la estructura. Esto generalmente

básico para estas pautas. Es posible que se

es

periodos

requiera el Nivel 4 para edificios con historias

hasta

débiles y que se requiera el nivel 5 para

aproximadamente un segundo. Para edificaciones

edificios altos o edificios con irregularidades

más flexibles con un período fundamental mayor

que causan una participación significativa

de un segundo, el analista debería considerar

de modos de vibración que no sean el modo

abordar los efectos del modo más elevado en el

fundamental.

válido

para

fundamentales

edificios

de

con

vibración

de

análisis 1. Cree un modelo de computadora de la estructura

siguiendo

las

reglas

de

modelado en el capítulo 9, y si la base está

1.- Simplemente aplique una sola fuerza

modo más elevado (es decir, las cargas pueden

horizontal concentrada en la parte superior de la

aplicarse progresivamente en proporción a una

estructura. (Por lo general, solo se aplicaría a un

forma de modo que no sea la forma del modo

edificio de una sola planta.)

fundamental para determinar su comportamiento

2.- Aplicar fuerzas laterales a cada historia en proporción al procedimiento de código estándar sin la Fi concentrada en la parte superior (es decir,

inelástico). Para los modos más altos, la estructura se empuja y se tira al mismo tiempo para mantener la forma del modo. 4.- Calcular las fuerzas del miembro por la

𝑤 .ℎ (𝐹𝑥 = ( 𝑥 𝑥⁄∑ 𝑤 . ℎ ) 𝑉). 𝑥 𝑥

combinación requerida de carga vertical y lateral.

3.- Aplicar fuerzas laterales en proporción al producto de las masas de historia y la primera forma del modelo elástico de la estructura (𝐹𝑥 = 𝑤 .∅ ( 𝑥 𝑥⁄∑ 𝑤 . ∅ ) 𝑉). La curva de capacidad 𝑥 𝑥 generalmente se construye para representar la primera respuesta de modo de la estructura basada en la suposición de que el modo fundamental de vibración es la respuesta predominante de la estructura. Esto generalmente es válido para edificios con períodos fundamentales de vibración de hasta un segundo aproximadamente.

5.- Ajuste el nivel de fuerza lateral para que algún elemento (o grupo de elementos) esté estresado dentro del 10 por ciento de su resistencia del miembro. comentario: el elemento puede ser, por ejemplo, un armazón un momento, un puntal en una resistencia de miembro reforzada, se considera que el elemento es incapaz de tomar carga lateral adicional. Para las estructuras con muchos elementos, el seguimiento y la secuencia del análisis en cada elemento de rendimiento es lento

4.- Igual que el nivel 3 hasta el primer

e innecesario. En tales casos, los elementos deben

rendimiento. Para cada incremento más allá del

agruparse en puntos de rendimiento similares. La

rendimiento, ajuste las fuerzas para que sean

mayoría de las estructuras pueden analizarse

consistentes con la forma cambiante desviada.

adecuadamente

5.- Similar a 3 y 4 anteriores, pero incluya los efectos de los modos de vibración más altos para determinar

el

rendimiento

en

elementos

estructurales individuales mientras traza la curva de capacidad para el edificio en términos de fuerzas y desplazamientos laterales de primer modo. Los efectos de modo más elevado pueden determinarse mediante análisis de empuje de

utilizando

menos

de

10

secuencias, con muchas estructuras simples que requieren solo 3 o 4. 6.- Registre la cizalladura de la base y el desplazamiento del techo. Comentario: también es útil registrar las fuerzas y rotaciones de los miembros porque serán necesarias para la verificación del rendimiento.

7.- Revise el modelo usando una rigidez cero (o

que alcanza un nivel de deformación lateral en el

muy pequeña) para los elementos de rendimiento.

cual se produce la pérdida de capacidad de carga

8.- Aplicar un nuevo incremento de la carga lateral a la estructura revisada de manera que otro

por gravedad, tal como se define en la sección 9.5, vea la figura 8-1 para obtener una curva de capacidad típica.

elemento o grupo de elementos se produzca. Comentario: Las fuerzas reales y las rotaciones para los elementos al comienzo de un incremento son iguales a las del final del incremento anterior. Sin embargo, cada aplicación de un incremento de la carga lateral es un análisis separado que comienza con cero condiciones iniciales. Por lo

Comentario:

Algunos

ingenieros

prefieren

continuar la construcción de la curva de capacidad más allá de los puntos de parada sugeridos

arriba

para

comprender

el

comportamiento estructural asumiendo que todos los elementos inadecuados son actualizados.

tanto, para determinar cuándo se produce el

Excepción: en ciertos casos en que los elementos

siguiente elemento, es necesario agregar las

pierden toda o una parte significativa de su

fuerzas de los incrementos previos. De manera

capacidad de portador de carga lateral, pero

similar, para determinar las rotaciones de los

podrían continuar desviarse sin otros efectos

elementos, es necesario agregar las rotaciones del

inaceptables. La continuación del análisis puede

análisis actual a la suma de las de los

estar justificada. El ejemplo más notable de este

incrementos previos

comportamiento puede ser el acoplamiento de

9.- Agregue el incremento de la carga lateral y el incremento correspondiente del desplazamiento del techo al total anterior para obtener los valores acumulados

de

cizallamiento

base

y

enjutas en las paredes de corte que no son necesarias para el soporte de carga vertical. Este comportamiento, que implica una considerable redistribución de la carga lateral, puede modelarse explícitamente como se indica en el paso 11. Este

desplazamiento de techo.

procedimiento también se puede usar para modelar 10.- Repetir los pasos 7, 8 y 9 hasta que la

elementos que se degradan más gradualmente,

estructura alcance un límite máximo, como:

pero modelar este comportamiento requiere una

inestabilidad

estimación del número de ciclos de carga,

de

p-d

considerablemente

más

efecto: allá

del

distorsiones nivel

de

consideración

de

la

confiabilidad

del

rendimiento deseado; un elemento (o grupo de

comportamiento

elementos) que alcanza un nivel de deformación

cuidadosa de todos los aspectos del desempeño de

lateral en el que comienza la degradación

los elementos degradantes.

significativa de la fuerza, como se define en la sección 9.5; o un elemento (o grupo de elementos)

predicho

y

una

revisión

11.- La degradación de la fuerza global del modelo

útil

para

el

ingeniero,

explícito de la carga incremental se detuvo en la

información

etapa 10 como resultado de alcanzar un nivel de

rendimiento del edificio, así como los métodos de

deformación lateral en el que toda o una porción

modificación. Sin embargo, para juzgar la

significativa de la carga de un elemento (o grupo

aceptabilidad para un Objetivo de Rendimiento

de elementos) ya no puede resistirse, su

dado, ya sea para la condición tal como sea o para

resistencia se ha degradado significativamente,

un esquema de modificación, se puede estimar el

luego la rigidez de ese (los) elemento (s) se reduce

desplazamiento

o elimina, como se indica en la sección 9.5. Se crea

movimiento del suelo especificado. Aunque se ha

una nueva curva de capacidad, comenzando con

gastado una cantidad significativa de esfuerzos

el paso 3 de este proceso paso a paso. Cree tantas

en los últimos años para desarrollar métodos

curvas de empuje adicionales como sea necesario

simplificados para estimar este desplazamiento

para definir adecuadamente la pérdida total de

(para este proyecto, para FEMA - 273 (ATC

fuerza. La figura 8-2 ilustra el proceso, para un

1996a), para la división 95 de LA (COLA 1995),

ejemplo donde se requieren diferentes curvas de

para el análisis de nuevos casos aislados y la

capacidad.

construcción altamente amortiguada, y en las

sobre

las

máximo

y

proporcionará

características

probable

por

de

el

universidades privadas), no ha surgido un

Imágenes aquí

consenso claro. Trace la curva de capacidad final para seguir inicialmente la primera curva, luego la transición a la segunda curva en el desplazamiento correspondiente a la degradación de la fuerza inicial, y así sucesivamente. Esta curva tendrá una forma de diente de sierra, como se muestra en

El equipo del proyecto para este documento se ha concentrado en el método del espectro de capacidad principalmente porque el método implica un uso continuo y significativo de la curva de capacidad y debido al potencial del método para ayudar a desarrollar estrategias retroactivas como se

la figura 8-3.

muestra en el capítulo 6. Además, Estudios recientes no publicados en la Universidad Estatal de Nueva York. Buffalo (SUNY) indica que los

Aquí la imagen

principios del método del espectro de capacidad, cuando se combinan con reducciones espectrales 8.2.2.-

Paso

a

paso

Procedimientos

para

determinar la Demanda El desarrollo de una curva de capacidad para un edificio existente, en sí mismo, es extremadamente

basadas en estimaciones de la amortiguación histérica similar a las utilizadas en este capítulo, generan un desplazamiento generalmente dentro

del 10 por ciento de los máximos promedio de

El método del espectro de capacidad se presenta en

varias carreras de historial de tiempo.

la Sección 8.2.2.1. Se basa en encontrar un punto

Este método de obtener un desplazamiento de diseño derivado para el documento FEMA-273 basado en la aplicación de coeficientes al desplazamiento elástico también se presenta como otra opción. Teniendo en cuenta las muchas variaciones posibles en el movimiento del suelo,

en el espectro de capacidades que también se encuentra en el espectro de respuesta a la demanda adecuado, reducido para efectos no lineales, y es más consistente en términos de representación gráfica y terminología con el resto de este documento.

las propiedades del material y el modelado matemático de los elementos estructurales, las

Figura aquí

diferencias entre los resultados de este método y el método del espectro de capacidad en la mayoría de

El desplazamiento de la demanda en el método del

los casos son insignificantes. Como en todos los

espectro de capacidad se produce en un punto del

aspectos

espectro de capacidad denominado punto de

de

la

ingeniería

estructural,

particularmente cuando se trata con edificios

rendimiento.

Este

punto

de

rendimiento

existentes, se debe ejercer un buen juicio de

representa la condición para la cual la capacidad

ingeniería.

sísmica de la estructura por el movimiento del suelo especificado.

Se espera que en el futuro se desarrolle un análisis

El método utilizado en FEMA-273 (ATC-1996a),

simplificado no lineal, que, en combinación con el

a veces denominado método coefifciente, se

cálculo computarizado de la curva de capacidad,

presenta en la Sección 8.2.2. El método del

permitirá

coeficiente se basa en el análisis estadístico de los

consenso

sobre

el

este

aspecto

desarrollo

de

del

procedimientos

orientados a la producción mucho más rentables.

modelos de un solo grado de libertad de diferentes tipos. El desplazamiento de la demanda en el

Para determinar el cumplimiento con un determinado nivel realizado, se debe determinar

método

del

coeficiente

se

denomina

desplazamiento objetivo.

un desplazamiento a lo largo de la curva de capacidad que sea consistente con la demanda

Comentario: Se puede calcular el desplazamiento

sísmica. En esta sección se presentan dos

debido a una determinada demanda sísmica

metodologías

utilizando

desplazamiento.

para

determinar

este

una

técnica

simple

llamada

aproximación de desplazamiento igual. Como se muestra en la Figura 8-4, esta aproximación. se basa en la suposición de que el desplazamiento espectral inelástico es el mismo que ocurriría si la

estructura permaneciera perfectamente elástica.

para

En algunos casos, particularmente en el intervalo

desplazamiento dado, y 2) el punto debe estar en

de tiempo más largo (T> 1.0 segundos), la

una curva de demanda espectral, reducida desde

aproximación de desplazamiento igual simple

el elástico, Espectro de diseño con un 5% de

generalmente producirá resultados similares al

amortiguamiento, que representa la demanda no

espectro de capacidad y al método de coeficientes.

lineal en el mismo desplazamiento estructural.

En otros casos, particularmente en el corto período,

Para esta metodología, los factores de reducción

rango (T <0,5 segundos), el desplazamiento

espectral se dan en términos de amortiguación

obtenido de la aproximación simple puede ser

efectiva. Se calcula un amortiguamiento efectivo

significativamente diferente de (menor que) los

aproximado en función de la forma de la curva de

resultados obtenidos usando el espectro de

capacidad, la demanda de desplazamiento

capacidad y el método de coeficiente.

estimada y el bucle de histéresis resultante.

La aproximación de desplazamiento igual suele

Las imperfecciones probables en bucles de

ser una herramienta útil para estimar un punto

histéresis de construcción reales, incluidos los

de rendimiento

inicial en los

efectos de degradación y duración, se explican por

procedimientos de espectro de capacidad iterativos

reducciones en los valores de amortiguamiento

descritos en las Secciones 8.2.2.1.2 y 8.2.2.1.3.

viscoso equivalentes calculados teóricamente.

La aproximación de desplazamiento igual suele

En el caso general, la determinación del punto de

ser una herramienta útil para estimar un punto

rendimiento requiere una búsqueda tril y error

de rendimiento

para

de prueba

de prueba

inicial en los

representar

la

la

satisfacción

estructura

de

los

dos

en

un

criterios

procedimientos de espectro de capacidad iterativos

especificados anteriormente. Sin embargo, esta

descritos en las Secciones 8.2.2.1.2 y 8.2.2.1.3.

sección contiene tres procedimientos diferentes

El desplazamiento objetivo obtenido usando el método del coeficiente de desplazamiento es igual al

desplazamiento

aproximación

de

obtenido

usando

desplazamiento

la igual

modificado por diversos coeficientes.

que estandarizan y simplifican este proceso iterativo. Estos procedimientos alternativos están todos basados en los mismos conceptos y relaciones matemáticas, pero depende de su dependencia de las técnicas analíticas y gráficas. Esta sección está organizada de la siguiente

8.2.2.1.- Cálculo de la demanda utilizando el

manera.

método del espectro de capacidad  La ubicación del Punto de Rendimiento debe satisfacer las relaciones de remolque: 1) el punto debe estar en la curva del espectro de capacidad

Desarrollo conceptual del método (Sección 8.2.2.1.1). Esta sección contiene la base teórica del método y la derivación de fórmulas.

Se

requiere

un

estudio

considerable y cuidadoso por parte del

Procedimiento C es un método grafico

presentada en esta sección. Esta sección

puro

no pretende servir como instrucciones paso

rendimiento, similar al método del

a paso para la determinación del punto de

espectro

rendimiento. Para tales instrucciones

concebido, y es consistente con los

paso a paso, el usuario debe proceder al

conceptos y las relaciones matemáticas

Procedimiento A, B o C, en el que solo se

descritas en la Sección 8.2.2.1.1. Es el

hace

método más conveniente para el capítulo 8

referencia

a

las

relaciones

sección. Procedimiento A: (Sección 8.2.2.1.2.) El procedimiento

A

es

verdaderamente

iterativo, pero está basado en formulas y se puede programar fácilmente en una hoja de cálculo. Es más, un método analítico que un método gráfico. Puede ser el mejor método para principiantes porque es la aplicación más directa de la metodología y, en consecuencia, es el procedimiento más fácil para comprender. 

Procedimiento C: (Sección 8.2.2.1.4).

usuario para digerir la teoría de fondo

matemáticas mínimas requeridas de esta





Procedimiento B: (Sección 8.2.2.1.3). Se introduce una simplificación en el modelado

bilineal

de

la

curva

de

capacidad que permite una solución directa para el punto de rendimiento con poca iteración. Me gusta el procedimiento A, el procedimiento B es un procedimiento más analítico que un método gráfico, y es probable que sea conveniente para la programación de la hoja de cálculo. El procedimiento B puede ser una aplicación menos trasparente de la metodología que el procedimiento A.

para

de

encontrar

capacidad

de la de la mano.

el

puto

de

originalmente