Objetivo del Diseño Sismorresistente
El objetivo de los códigos de diseño sismorresistentes se basa en metodologías que estiman fuerzas y resistencias, en ellos se calculan las fuerzas que se pudieran originar en una edificación ante la ocurrencia de un evento sísmico para luego evaluar si el grado de daño estaba dentro de un rango aceptable, es decir que las estructuras sean capaces de resistir:
Debido a la cantidad de lecciones aprendidas producto de desastres y daños que siguieron apareciendo a pesar de la ardua tarea de investigación, las teorías que rigen los códigos de diseño sismorresistente fueron evolucionando con la inclusión de diferentes metodologías, tomando en cuenta las principales características que no consideraban las teorías anteriores.
Las teorías clásicas consideran para el análisis el uso de métodos lineales estáticos o dinámicos; que en la mayoría de los casos pueden ser insuficientes para describir el comportamiento real de estructuras ante fuerzas dinámicas, como las producidas por los sismos intensos que definen las acciones de diseño, por tal motivo, se fue desarrollando con el transcurso de los años una nueva línea de investigación, el diseño sismorresistente con base en desempeño (PBED por sus siglas en inglés: Performance – Based Earthquake Design).
Diseño sismorresistente basado en desempeño (PBED)
Se define PBED como la selección adecuada de criterios de diseño, sistemas estructurales, criterios de estructuración, criterios de dimensionamiento y detallado estructural, tal que, para un nivel dado de movimiento del terreno, la estructura no se dañe más allá de ciertos estados límites.
La utilización del diseño sísmico por desempeño en ingeniería pretende predecir el comportamiento sísmico de las edificaciones. La característica principal en el diseño sísmico por desempeño consiste en la suposición, por parte del analista del grado de deterioro (nivel de daño) que tendrá la estructura después de la ocurrencia del sismo de diseño, lo cual se logra con la interacción o acoplamiento de la demanda sísmica con la capacidad estructural.
Capacidad estructural
La capacidad estructural depende de la resistencia y deformación máxima de sus componentes individuales. Para determinar sus capacidades más allá del límite elástico, es necesario utilizar algún procedimiento de análisis no lineal, como por ejemplo, el análisis estático no lineal (análisis de cedencia secuencial).
Análisis estático no lineal
El análisis estático no lineal se representa con una curva que relaciona las fuerzas en la base o corte basal, con los desplazamientos o derivas en el nivel superior de la estructura, el modelo matemático de la estructura se modifica para tener en cuenta la reducción de la resistencia de los elementos que ceden.
De esta forma se aplica una serie de fuerzas horizontales, las cuales se incrementan de manera monotónica hasta que la estructura alcance su capacidad máxima.
Curva de capacidad
La curva de capacidad se construye generalmente para representar la respuesta del primer modo de la estructura, basado en la hipótesis según la cual el modo fundamental de vibración se corresponde con la respuesta predominante. Utilizando este procedimiento es posible identificar la secuencia de agrietamiento, cedencia y fallo de los componentes, los estados límites de servicio y la historia de deformaciones y cortantes en la estructura.
Punto de desempeño
El cálculo del punto de desempeño resultante en una estructura según el enfoque del estado de la práctica, tiene un grado de complejidad elevado y requiere una cantidad considerable de trabajo; debido a esto y ante la necesidad de incorporar procedimientos normativos aceptados, accesibles en su aplicación por los ingenieros en la práctica cotidiana, se requiere del desarrollo de procedimientos simplificados que permitan obtener resultados lo suficientemente precisos para ser aplicados a un amplio espectro de tipologías estructurales, las cuales deben ser seleccionadas para originar concentraciones indeseables de demandas inelásticas, a través de la imposición de características de irregularidad estructural que son penalizadas de una forma especial en la mayoría de los códigos de diseño sismorresistentes, tales como las mostradas en la siguiente figura:
Irregularidades estructurales a considerar para la aplicación de metodologías simplificadas de diseño sísmico por desempeño.
Conclusiones
El futuro del diseño sismorresistente debe tomar en cuenta la predicción del comportamiento estructural ante la ocurrencia de una demanda sísmica esperada para poder evitar la formación de mecanismos de falla no deseados que podrían originar una cuantiosa pérdida de vidas humanas y económicas.
Artículo adaptado de SISMICA Magazine – Edición Octubre 2012
Dentro del Curso en Diseño Sismorresistente de Estructuras en Concreto Armado ACI 318-19 se proporciona al participante las herramientas necesarias para efectuar el diseño estructural y sismorresistente de edificaciones en concreto armado mediante la aplicación de normativa internacional (ACI 318, ASCE 7), partiendo desde el análisis de respuesta sísmica, filosofía de diseño y recomendaciones constructivas.
