[MÚSICA] [MÚSICA] [MÚSICA] En Estados Unidos el estándar ASCE41 reglamenta la evaluación y reforzamiento sÃsmico de edificaciones existentes. En este documento, una vez definido los objetivos de desempeño para una amenaza sÃsmica determinada, se procede a conducir la evaluación de la estructura utilizando un procedimiento de tres niveles. Nivel 1. Revisión general, screening. Nivel 2. Evaluación, basada en deficiencias. Nivel 3. Evaluación sistemática. La evaluación en los niveles 1 y 2 está restringida a ciertas tipologÃas y objetivos de comportamiento. El nivel 3 se usa cuando los niveles 1 y 2 no son apropiados. Teniendo en cuenta que este último nivel permite valorar el desempeño de cualquier tipo de edificación y objetivo de desempeño, no es obligatorio conducir los dos niveles previos. [MÚSICA] Cuando el resultado final de la evaluación sÃsmica es insatisfactorio, se debe subir el nivel de la valuación o proceder a plantear opciones de reforzamiento, usando las provisiones contenidas en los niveles 2 y 3. Proceso de evaluación sÃsmica. El proceso de evaluación sÃsmica se puede conducir usando el siguiente procedimiento. Paso 1. Objetivos de comportamiento. Cada objetivo contiene las siguientes tres componentes. Un nivel de amenaza sÃsmica, un nivel de comportamiento estructural esperado y un nivel de comportamiento no estructural esperado. El documento define cuatro grupos de objetivos de comportamiento, denominados básicos, mejorados, limitados y equivalentes a estándares para edificios nuevos. Estos objetivos dependen de la categorÃa de riesgo de la estructura. Por ejemplo, para una estructura de categorÃa de riesgo 1 o 2, los objetivos básicos son comportamiento estructural y no estructural seguro, para la vida de las personas durante un sismo con un perÃodo de retorno de 225 años y prevención del colapso estructural combinado con amenaza reducida de los elementos no estructurales para un sismo con un periodo de retorno de 975 años. Paso 2. Nivel de sismicidad. El nivel de sismicidad depende de los valores de aceleración espectral de diseño para perÃodos bajos, S DS y para un perÃodo de 1 segundo, S D1. Estos valores se obtienen de los códigos de diseño de los edificios nuevos. Con base en estos datos, se clasifica el nivel de sismicidad como alto, moderado, bajo o muy bajo, de acuerdo a la siguiente tabla. [SONIDO] Paso 3. Información de edificio como quedó construÃdo, as built. Esta información debe ser suficiente para determinar las resistencias y capacidades de deformación de los elementos estructurales y no estructurales, asà como su interacción con las estructuras adyacentes y con la cimentación y el suelo portante. Toda la información recolectada debe ser verificada en campo. Para los niveles 1, Revisión general y 2, Evaluación basada en deficiencias, este paso incluye la clasificación del edificio en alguna de las 26 tipologÃas descritas en la ASCE41. Esas tipologÃas están identificadas con máximo tres letras mayúsculas, seguidas en algunos casos con un número y una letra minúscula o ambos. Por ejemplo, la tipologÃa C2a identifica edificios con diafragmas flexibles, donde las fuerzas sÃsmicas son resistidas por muros de concreto reforzado. Similarmente la tipologÃa U MR a, denota edificios conformados por muros de mamposterÃa no reforzada con diafragmas rÃgidos. Paso 4. Procedimientos de evaluación. Basado en los objetivos de comportamiento, el nivel de sismicidad y la tipologÃa del edificio se selecciona alguno de los tres niveles de evaluación descritos previamente. Para que se puedan usar como definitivos los niveles de evaluación 1 y 2, se debe cumplir con alguno de los objetivos de comportamiento especificados y la tipologÃa del edificio debe cumplir con algunos lÃmites de altura establecidos, dependiendo del nivel de sismicidad y el nivel de comportamiento estructura esperado. Por ejemplo, para un edificio con tipologÃa U MR a, el lÃmite de altura es 4 pisos para el objetivo de prevención del colapso estructural. La evaluación sistemática nivel 3 se debe usar cuando los dos niveles anteriores no son permitidos o directamente en cualquier caso. Este nivel será abordado en detalle más adelante. Paso 5. Informe de la evaluación. Cuando se requiera, se debe preparar un informa que debe tener como mÃnimo la siguiente información. Alcance, datos del edificio y el sitio, lista de suposiciones y resultados. Proceso de reforzamiento sÃsmico. El proceso de reforzamiento sÃsmico se puede conducir usando el siguiente procedimiento: Paso 1. Evaluación sÃsmica. Paso 2. Objetivos de comportamiento. Paso 3. Nivel de sismicidad. Paso 4. Información del edificio como quedó construido, as built. Paso 5. Procedimientos de reforzamiento aplicables para los niveles 2 y 3. Paso 6. Estrategia de reforzamiento incluyendo modificación local de componentes, eliminación o reducción de irregularidades estructurales, rigidización global, aumento global de resistencia, reducción de masa, aislamiento sÃsmico, disipación de energÃa suplementaria, etcétera. Paso 7. Medidas detalladas de reforzamiento. Paso 8. Verificación del diseño de las medidas de reforzamiento. Paso 9. Documentos para construcción. Paso 10. Aseguramiento de la calidad de construcción. Evaluación sistemática y reforzamiento, Nivel 3. La evaluación sistemática se desarrolla usando uno de los siguientes cinco procedimientos, procedimiento estático lineal L SP, procedimiento dinámico lineal, L D P, procedimiento estático no lineal, N SP, procedimiento dinámico no lineal, N D P o procedimientos alternativos. Cada uno de estos procedimientos tiene un rango de aplicación y unos lineamientos especÃficos. En este curso nos interesa el procedimiento estático no lineal N S P. Este procedimiento se exige cuando las relaciones demanda-capacidad sobre los componentes estructurales son mayores a 3 y el edificio presenta irregularidades como discontinuidades en el plano o fuera del plano, pisos débiles o irregularidades de resistencia torsional. Sin embargo, este método no se puede usar si la estructura presenta pérdidas severas de resistencia o los modos altos contribuyen significativamente, a su respuesta. Cuando se utiliza el N SP, debe construir un modelo del edificio y su cimentación que no sólo represente su rigidez, resistencia y capacidad de formación, sino que también incluya efectos torsionales, efectos sÃsmicos multi direccionales, no linealidades geométricas y del material, etcétera. Para esto, usualmente se localizan las zonas del edificio que podrÃan presentar daños y se considera su no linealidad, haciendo uso de modelos de plasticidad concentrada o distribuida. Esos modelos se caracterizan siguiendo los lineamientos especÃficos dados para cada material estructural, por ejemplo, acero, concreto, mamposterÃa, etcétera. Los efectos de la interacción suelo-estructura se consideran modelando la rigidez del sistema suelo-cimentación y modificando el espectro de diseño por efectos cinemáticos y de amortiguamiento por radiación y material. Dentro del N SP los análisis se conducen aplicando primero las cargas gravitacionales y posteriormente sometiendo el edificio a cargas laterales incrementales, proporcionales al primer modo de vibración. Estas cargas se incrementan hasta que la estructura colapse o hasta qeu su cubierta alcance un desplazamiento mayor a 1.5 veces el desplazamiento objetivo, delta t calculado como el desplazamiento elástico esperado en la cubierta del edificio, durante el sismo en consideración, amplificado por factores de modificación que tiene en cuenta, la no linealidad de la estructura y su degradación. [MÚSICA] Si se grafica la fuerza cortante en la base contra el desplazamiento en cubierta, se obtiene la curva Pushover del edificio. Esa curva muestra cómo varÃa la resistencia global del edificio con el desplazamiento para una distribución invariable de fuerzas laterales. El cumplimiento de los objetivos de comportamiento, se evalúa cuando el desplazamiento en cubierta es igual al desplazamiento objetivo delta t. No linealidad del material. Para modelar la no linealidad de los materiales dentro del ASCE41, primero se clasifican los componentes como primarios y secundarios. Después las acciones a las que están sometidos, se clasifican como controladas por deformación o dúctiles o controladas por fuerza o frágiles. Componentes primarios y secundarios. Un componente primario, es aquel que es indispensable para resistir fuerzas sÃsmicas, con el fin de lograr el nivel de comportamiento seleccionado. Si el componente se mueve con la estructura, pero no es indispensable para resistir las fuerzas sÃsmicas, se clasifica como secundario. Los componentes del sistema de gravedad de un edificio de acero, son ejemplos tÃpicos de estos últimos componentes. Acciones controladas por fuerza o desplazamiento. La figura presenta una curva envolvente fuerza desplazamiento básico de un componente. Esta envolvente se construye usando los ciclos de histéresis obtenidos a partir de ensayos cÃclicos de los componentes. Los ensayos monotónicos no son apropiados, porque sobreestiman las capacidades y utilidades de los componentes como se muestra. Las acciones controladas por desplazamiento en componentes primarios, tienen una curva fuerza-deformación básica, caracterizada por desplazamientos últimos, mayores a dos veces los desplazamientos de fluencia Vc mayor o igual a 2V sub b. La capacidad a carga vertical de esos componentes se ve comprometida, solo para desplazamientos cercanos al punto E de la figura. Para elementos secundarios, las acciones controladas por desplazamiento, se presenta cuando Ve es mayor o igual a 2V sub b. [MÚSICA] Curva fuerza desplazamieto básico. En la curva fuerza desplazamiento básico, el segmento AB corresponde al comportamiento elástico del componente, el cual termina cuando la fuerza básica alcanza la resistencia de fluencia Qb o Qy. Cuando se trata de acciones controladas por fuerza, la resistencia Qb corresponde a lÃmite inferior de resistencia calculado, como la media menos una desviación estándar. Esta resistencia se puede estimar, usando las propiedades nominales mÃnimas de los materiales especificadas en los planos de construcción. Adicionalmente la resistencia nominal calculada, se afecta por un factor de conocimiento kappa, que oscila entre 0.75 y 1 dependiendo del nivel de conocimiento que se tengan de las propiedades de los materiales de la estructura. Para acciones controladas por desplazamiento, Qb no es la resistencia nominal del componente, sino su resistencia esperada. Para calcular la resistencia esperada, se multiplican las propiedades nominales mÃnimas de los materiales por un factor de amplificación, que oscila entre 1.05 y 1.5, dependiendo del tipo de material. En este cálculo no se utiliza el factor de conocimiento kappa, el desplazamiento básico de fluencia V sub b o Vy, no se puede calcular a priori, porque depende del comportamiento estructural de los componentes adyacentes. El tamo BC representa la zona plástica de la curva y se caracteriza por una pendiente casi horizontal. Usualmente 0 a 10 por ciento de la pendiente elástica. La diferencia a entre el desplazamiento básico último BC y el de fluencia V sub b, se denomina desplazamiento plástico. Si el desplazamiento básico es una rotación, a es rotación plástica. Este parámetro define el nivel de ductilidad de un componente y esta dado en tablas de la ASCE41 dependiendo de las caracterÃsticas del componente. Para acciones controladas por desplazamiento, el desplazamiento plástico se afecta por el factor de conocimiento kappa. Después del punto C, el componente degrada bruscamente su resistencia, hasta llegar a la zona DE denominada capacidad residual. En el ASCE41, la diferencia b entre el desplazamiento último BE y el de fluencia V sub b, corresponde a la capacidad de desplazamiento máxima del componente. Este valor también se encuentra tabulado y se debe afectar por el factor kappa. Si los componente son nuevos, el factor kappa no se utiliza en ningún caso. Modelos de no linealidad del material. La no linealidad del material se puede considerar dentro de un componente, utilizando modelos de plasticidad concentrada o distribuida. [MÚSICA] Los modelos de plasticidad concentrada, localizan la zona de daño en puntos especÃficos de los elementos y se caracterizan usando envolventes de fuerzas básicas contra desplazamientos básicos, como la explicada previamente. [MÚSICA] [MÚSICA] [MÚSICA] [MÚSICA] Esos modelos presentan debilidades, cuando se trata de tener en cuenta la interacción entre las diferentes fuerzas internas del componente. Axial, flexión, cortante o torsión, sobre todo en elementos hechos de varios materiales. También requieren conocer exactamente, los puntos potenciales de daño, dentro de un componente. Los modelos de plasticidad distribuida, superan varios de estos inconvenientes, you que el daño se puede presentar en cualquier punto dentro la longitud del componente y permiten considerar interacciones entre fuerzas internas, sobre todo axiales y momentos flectores. Esos modelos serán abordados en detalle en las siguientes lecciones. Con esto concluimos el video de evaluación sÃsmica usando ASCE41. [MÚSICA] [MÚSICA] [MÚSICA] [MÚSICA]
