Este documento describe el diseño por desempeño de una estructura. Explica que este método evalúa el comportamiento de una estructura ante diferentes niveles de amenaza sísmica y define niveles de daño aceptables. También presenta dos métodos para determinar el punto de desempeño de una estructura: el método de los coeficientes y el método del espectro de capacidad. Finalmente, aplica este último método a una estructura modelo para calcular su punto de desempeño.

1. DISEÑO POR
DESEMPEÑO DE UNA
ESTRUCTURA
Integrantes:
Tamayo Cadena Carlos Andrés
Tapia Naranjo Bryan David
Tenelema Yunapanta Edwin Giovanni
Tenorio Sandoval Jhosselin Mabel
Viscarra Nájera Bryan Alexander
Cayo Hurtado Alex Paul
Semestre:
Décimo “B”
Docente:
Computación Aplicada
Módulo:
Ing. Jorge Cevallos

2. Objetivo General
 Caracterizar el diseño por desempeño de una estructura en base a la recopilación de
información propuesta por varios autores y plasmados en artículos técnicos.
2
OBJETIVOS
Objetivos Específicos
 Definir en que se basa el diseño por desempeño de una estructura.
 Describir los daños en elementos estructurales y no estructurales para cada nivel de
desempeño.
 Interpretar los niveles de amenaza sísmica propuestos por las normas NEC 2015, VISION 2000 y
FEMA 273.
 Definir los métodos para determinar el punto de desempeño de una estructura.
 Determinar el nivel de desempeño de una estructura modelo, mediante el método del Espectro
de Capacidad.

3. 3
DISEÑO POR DESEMPEÑO DE UNA ESTRUCTURA
Plantear criterios de
aceptación
Análisis y diseño de
estructuras
Comportamiento
esperado
Control de daños
estructurales y no
estructurales
Niveles de seguridad

4. 4
Equipo de diseño
seleccionen el nivel
deseado de
rendimiento
Contra movimientos
sísmicos
Forma de plantear
los criterios de
aceptación
Varios niveles de
movimientos del suelo
con diferentes riesgos.
Pueden ser evaluados
con respuestas
específicas
Controlando los daños
en los elementos
estructurales y no
estructurales [1] .

5. Diseño y Análisis Estructural
5
Permite que la estructura y los elementos
estructurales no sufran casi ningún daño ante una
respuesta sísmica.
Sismo Máximo Esperado, se admiten daños por
deformaciones en elementos no estructurales y
ciertos elementos estructurales
No se admite un colapso de la estructura

6. COMITÉ VISIÓN 2000
6
Selección de
esquemas
apropiados de
evaluación
Nivel de
movimiento
especificado, con
distintos niveles de
confiabilidad
Dimensionamiento y
detallado de los
componentes
estructurales, no
estructurales y del
contenido
Estructura no
debería ser dañada
más halla de ciertos
estados límites.

7. 7
Daños físicos sobre los
componentes estructurales y no
estructurales
Nivel de
Desempeño
Funcionalidad de la edificación
[2]
DISEÑO POR DESEMPEÑO DE UNA ESTRUCTURA
Amenaza sobre la seguridad de
los ocupantes
Estado límite de
daño
Condición límite
o tolerable

8. ¿Cómo se producen los daños?
8
Daño en Componentes
Estructurales
Daño en Componentes
No Estructurales
Daño en Contenidos
𝜀𝑐 y 𝜀𝑠 𝛿𝑖
ℎ𝑖
Aceleración horizontal
en cada piso
𝛿𝑢
𝐻𝑜

9. ¿Cómo se evitan los daños?
9
Daño en Componentes
Estructurales
Daño en Componentes
No Estructurales
Daño en Contenidos
Edificios de gran
rigidez lateral
Edificios flexibles
lateralmente
Sistemas de
protección sísmica
como aislamiento
basal o disipación
de energía.

10. Distribución típica de los costos de construcción
en edificios
Ing. Eduardo Miranda
Más del 80% del costo total de un
edificio se va en componentes no
estructurales y en contenidos por ello
debemos protegerlos.

11. Objetivos del diseño de estructuras basados en la resistencia sísmica
11
Estructuras capaces de resistir sismos
de baja intensidad
Sismos de mayor intensidad no
produzcan el colapso de estructuras
Estructuras preparadas para soportar
sismos moderados
Parámetros sísmicos

12. 12
OBJETIVOS DEL DISEÑO POR DESEMPEÑO
Primer paso: Selección de objetivos del desempeño sísmico para el diseño
Estos corresponden al acoplamiento entre los niveles de desempeño
deseados y el nivel de movimiento sísmico esperado
Se toman en cuenta los siguientes factores
Ocupación Funciones que suceden
dentro de la estructura
Consideraciones
económicas
Nivel de importancia

13. Niveles de amenaza sísmica
Los movimientos sísmicos de diseño son
expresados en términos de un intervalo
de recurrencia medio o de una
probabilidad de excedencia.
En base a lo estipulado por la NEC 2015
el sismo de diseño corresponde a un
periodo de retorno de 475 años, en
donde la probabilidad de excedencia
es del 10% en 50 años [2].
13

14. Niveles de amenaza sísmica
14
Visión 2000 FEMA 273
NEC 2015

15. Niveles de amenaza sísmica
15
Curvas de peligro sísmico

16. 16
Nivel de comportamiento

17. 17

18. Demanda Sísmica
Se representa por medio de un espectro de respuesta
VISION 2000 especifica cuatro niveles de demanda
definidos según su probabilidad de ocurrencia y
periodos de retorno
Definidos como movimientos sísmicos de diseño
1. Frecuente
2. Ocasional
3. Raro
4. Muy raro [3]

19. Capacidad de la estructura

20. Capacidad de la Estructura
20

21. Capacidad de la Estructura
Depende de la resistencia y deformación máxima
de sus componentes individuales
Para determinar las capacidades más allá del límite
elástico, se necesita usar algún tipo de análisis no
lineal como el análisis estático no lineal [4]
21

22. Punto de Desempeño
Para medir el punto de desempeño se lo puede hacer por medio de dos procedimientos:
Método de los coeficientes
Método del espectro de capacidad

23. Método de los coeficientes
Este método busca estimar el punto de desempeño
que tendrá la estructura ante una demanda símica,
a partir de la curva de capacidad de la misma.
23

24. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Generar la Curva de Capacidad para la estructura a
analiza
Desarrollar una representación bilineal de la Curva de
Capacidad (Ver Capitulo 2.3.). Esto define la rigidez
lateral efectiva, Ke, el cortante de Fluencia, Vy, y el
desplazamiento de fluencia, Dyr
Calcular el periodo fundamental efectivo mediante la
siguiente ecuación: Dónde:
Ti Periodo Fundamental elástico del edificio
Ki Rigidez lateral elástica del edificio
Ke Rigidez lateral efectiva del edificio
24

25. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Obtener el factor de modificación para relacionar el
desplazamiento espectral de un sistema equivalente de
un solo grado de libertad (SDOF), del desplazamiento de
cubierta del edificio de un sistema de múltiples grados de
libertad, Co, de la Tabla 3.
25

26. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Obtener el factor de masa efectiva, Cm, de la Tabla 4. Alternativamente, Cm se permitirá tomarla como el
factor de participación de masa modal efectiva calculada para el modo fundamental usando un análisis de
valores propios. Cm, se tomará como 1,0 si el período fundamental, T, es superior a 1,0 segundo
26

27. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Calcular la relación de resistencia, R, con la siguiente
ecuación:
Dónde:
Sa Aceleración espectral en el periodo fundamental efectivo del edificio.
Fy Cortante de fluencia
W Peso sísmico del edificio
Cm Factor de masa efectiva
27

28. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Calcular el factor de modificación, Ci, que relaciona los máximos desplazamientos inelásticos esperados con los desplazamientos
calculados para la respuesta elástica lineal. Para períodos menores a 0,2 segundos, C1 es igual a 0,2. Para periodos superiores a 1,0
segundo, C1 = 1,0.
Dónde:
R Relación de resistencia.
a Factor de clase de sitio
= 130 Clase de sitio A o B
= 90 Clase de sitio C
= 60 Clase de sitio D, E o F
Te Periodo fundamental efectivo
28

29. Pasos para el cálculo del punto de desempeño según
(ASCE 41-06, 2010):
Calcular el factor de modificación, C2, para representar el
efecto de forma de histéresis afectada, la degradación de la
rigidez cíclica, y el deterioro de la fuerza en respuesta al
máximo desplazamiento. Para periodos superiores a 0,7
segundos, C2 = 1,0 [5].
Dónde:
R Relación de resistencia.
Te Periodo fundamental efectivo
29

30. 30
Calcular el desplazamiento máximo esperado, аt, con
la siguiente ecuación (Eq 3-14 ASCE 41-06) [5]

31. MÉTODO DEL ESPECTRO DE CAPACIDAD
31
El Método del Espectro de Capacidad
fue propuesto por Freeman (1975).
Evaluar el riesgo sísmico
Correlacionar movimientos sísmicos
(construcciones existentes)
Punto de desempeño

32. .
32
Se Compara la capacidad para resistir las
fuerzas laterales con la demanda sísmica,
representada por medio de un espectro de
respuesta reducido. Freeman 1995
Mediante el espectro de capacidad se mide la respuesta estructural del edificio, de acuerdo al
espectro de diseño y las deformaciones previstas al incurrir la edificación en el rango
inelástico.
MÉTODO DEL ESPECTRO DE CAPACIDAD

33. Cortante basal vs
desplazamiento nivel superior
33
Se obtiene mediante el análisis
Pushover
Representa la respuesta del
primer modo de la estructura.
CAPACIDAD DE LA ESTRUCTURA

34. Como obtener el punto de desempeño-MEC
34
Transformar la curva de
capacidad a formatos ADRS
coor. (Sa y Sd)
Es decir transformar a coord. De
espectro de capacidad en función de
la aceleración y desplazamientos
espectrales.

35. 35
Conversión del espectro de respuesta
Se requiere transformar de (Sa-T) a una
curva de espectro de respuesta de
aceleración – desplazamiento (Sa-Sd)

36. Representación bilineal de la curva de capacidad
36
 El MEC utiliza esta representación
para estimar el amortiguamiento
viscoso equivalente

37. 37
Amortiguamiento histerético puede ser
determinado con la siguiente expresión:
El amortiguamiento que ocurre cuando el
sismo lleva a una estructura dentro del
rango inelástico.
Combinación (amortiguamiento viscoso-
amortiguamiento histerético) Amortiguamiento histerético

38. 38
 Se obtiene a partir de dos factores de
reducción espectral para la aceleración,
𝑆𝑅𝐴, y para la velocidad 𝑆𝑅𝑉
Espectro de Capacidad
𝐸𝐷: es la energia disipada por el amortiguamiento
𝐸𝑆𝑂: es la energía máxima de deformación
Espectro de Demanda Reducido

39. Factor espectral de reducción
39
Se observa que para una ductilidad es >3.4, las ordenadas espectrales ya
no disminuyen.

40. Límites de cantidad de reducción
40
SRA SRv
0.33 0.50
0.44 0.56
0.56 0.67
Tipo decomportamiento
Tipo A
Tipo B
Tipo C
Factor mínimo permitido para una ductilidad >3.4
Para amortiguamientos < 25%, los
factores de reducción son constantes,
es decir que el espectro no debe ser
reducidos para amortiguamientos altos.
FEMA
Amortiguamiento >25%,
disminuyeron los factores SRA y SRv,
de tal manera que el espectro reduzca
menos.

41. Variación del Factor K
41
Para Evaluar el reforzamiento de
edificaciones de H.A, no son dúctiles
𝛽𝑒𝑞(%), estima valores de amortiguamiento.
Amortiguamiento viscoso equivalente
emplea un factor de modificación K.

42. TIPO DE COMPORTAMIENTO
2 escenarios:
Degradación potencial
Sismos cercanos (grandes aceleraciones en
periodos cortos)
Reducción de la capacidad
Sismos lejanos (aceleraciones moderadas en
periodos largos)
42

43. PASOS PARA OBTENER EL PUNTO DE DESEMPEÑO -MEC
43
1 Desarrollar el espectro de demanda elástico
B=5%
2 Transformar la curva de capacidad en una
curva de espectro de capacidad.
3. Graficar ambas curvas en un mismo gráfico
y seleccionar el punto de prueba.
4 Desarrollar la representación bilineal y
encontrar (dy; ay).

44. PASOS PARA OBTENER EL PUNTO DE DESEMPEÑO -MEC
44
5 Calcular los valores de reducción del
espectro y luego graficar en el espectro
reducido.
6 Determinar si la intersección del espectro
reducido con el espectro de capacidad es
cercano al punto (dpi, api) inicialmente
supuesto y si la diferencia es tolerable, hemos
encontrado el punto de desempeño.
7. De no cumplir se debe volver al paso 4 con
un nuevo (dpi+1; api+1) [6]

45. 45
DISEÑO POR DESEMPEÑO DE UNA ESTRUCTURA-MÉTODO DEL ESPECTRO DE
CAPACIDAD
Predimensionamiento
de elementos
estructurales
Determinar el
espectro
Ingresar los datos en
ETABS
Masa que actúa en
la estructura sea el
90%
Controlar los
desplazamientos
máximos
Periodo
fundamental de
vibración de la
estructura

46. 46
Estabilización de la Estructura
Estabilizada la
estructura Análisis Pushover
Curva de capacidad de
la estructura
Punto de desempeño
Descripción de la estructura
Estructura en
Análisis
4 niveles destinados para departamentos
1 tapagradas - área de terraza
1 subterráneo – parqueo de vehículos

47. 47
PÓRTICO EN SENTIDO “X” PÓRTICO EN SENTIDO “Y”

48. Prediseño de la Estructura
48
Cuantificación de cargas
Datos:
Le=1.26m

49. Prediseño de la Estructura
49
Carga Viva
Carga de paredes
PARA PAREDES DE 3.26m. PARA PAREDES DE 3.06m
Peso de pared
PARA PAREDES DE
ALTO= 3.26m
PARA PAREDES DE
ALTO= 3.06m

50. Prediseño de la Estructura
50
Prediseño de Vigas
Dimensiones de vigas principales
Para el cálculo de la altura se seleccionará la longitud más
crítica en sentido “X”
Para el cálculo de la altura se seleccionará la longitud más
crítica en sentido “Y”

51. Prediseño de la Estructura
51
Vigas
Vigas secundarias metálicas

52. Prediseño de la Estructura
52
Prediseño de Columnas
hc ≥ hv
Cálculo Cortante Basal de Diseño
Entonces es importante determinar cada valor con respecto a:
 I: factor de importancia de la estructura
 Factor de reducción de Resistencia Sísmica
 Tipo del Perfil del Suelo
 Zonificación Sísmica-Factor de zona, de acuerdo a este factor se encuentra
en una zona sísmica V, con un peligro sísmico alto

53. Prediseño de la Estructura
53
 Coeficientes del perfil del suelo Fa, Fd y Fs, los mismos que son elegidos en base a la zona sísmica y al tipo de suelo que presenta
la estructura.
 Coeficiente de irregularidad en planta
 Coeficiente de irregularidad en elevación
Periodo de vibración (Ta) Período Límite de Vibración Tc

54. Prediseño de la Estructura
54
 Espectro de Respuesta Elástico de Aceleraciones
Tc < T
 Coeficiente Basal de Diseño
 Carga Sísmica Reactiva

55. Prediseño de la Estructura
55
Coeficiente Relacionado con el periodo de vibración de la estructura (k)

56. Prediseño de la Estructura
56
ESPECTRO ELÁSTICO DE DISEÑO

57. ETABS
57
Periodo de vibración fundamental de la estructura
En UBA 97 se indica que para estructuras de hasta 5 pisos
el periodo fundamental de vibración debe ser de 0.5seg.
Cortante Dinámico
Sentido “X” – Vx = 140.16 tonf
Sentido “Y” – Vy = 140.10 tonf

58. 58
Cortante Estático
ETABS
Derivas Inelásticas
Valores de derivas inelásticas en sentido “X”.
Valores de derivas inelásticas en sentido “Y”.

59. 59
ETABS
Secciones definitivas
En sentido “Y” son de 40x50 desde el primer hasta el cuarto piso y
de 40x45 en la quinta planta y el tapagradas
En el sentido “X” las secciones de las vigas son de 40x45 en todas
las plantas.
Vigas Las secciones de las columnas son de 65x65 y de 45x105.
Columnas
Masa Actuante

60. 60
Diseño mediante el espectro de
capacidad
ETABS
• Nivel de comportamiento (TO, O, SV, PC)
• Nivel de amenaza sísmica
• Capacidad de la estructura
Estados de Cargas No Lineales
• Para cargas gravitacionales
• Pushover en sentido X
• Pushover en sentido Y

61. 61
ETABS
Cargas Gravitacionales
Pushover en X
Es un estado de carga NO LINEAL en el que intervienen las cargas
laterales sísmicas en sentido X en un 100%.

62. 62
ETABS
Pushover en X

63. 63
ETABS
Pushover en sentido Y
Es un estado de carga NO LINEAL en el que intervienen las cargas
laterales sísmicas en sentido Y en un 100%.

64. 64
ETABS

65. 65
ETABS
Rótulas plásticas - Columnas

66. 66
ETABS

67. 67
ETABS
Rótulas plásticas - Vigas

68. 68
ETABS
Análisis PUSHOVER en el sentido “X”

69. 69
ETABS
Análisis PUSHOVER en el sentido “Y”

70. 70
Diagrama momento -curvatura
Diagrama Momento – Curvatura en columnas

71. 71
ETABS
PARA LA SECCION 45x105

72. 72
ETABS
SECCION 65x65

73. 73
ETABS Diagrama Momento -Curvatura en Vigas
SECCIÓN DE 45 X 45

74. 74
ETABS
ESPECTRO DE DISEÑO

75. 75
ETABS
Curva de capacidad

76. 76
ETABS

77. 77
ETABS

78. 78
Conclusiones
 Se determinó la fundamentación del diseño por desempeño de una estructura en base a varios artículos y la
importancia que tiene dentro de la seguridad estructural.
 Se demostró que diseñar por desempeño es diseñar en función de un objetivo, haciendo énfasis en el
comportamiento esperado, el control de daños estructurales y no estructurales y los niveles de seguridad
establecidos.
 Se definieron los daños tanto en elementos estructurales como no estructurales en función de cada nivel de
desempeño en el que se encuentre.
 Se interpretaron los niveles de amenaza sísmica propuestos por las normas NEC 2015, VISION 2000 y
FEMA 273 en los que se analizaron el intervalo de recurrencia y su probabilidad de excedencia.
 Se determinó que el punto de desempeño de una estructura se puede determinar por el Método del
Espectro de Respuesta y por el Método basado en Coeficientes.

79. 79
 Se determinó el punto de desempeño determinado mediante el Método del Espectro de Capacidad se
encuentra ubicado dentro del rango de Seguridad de Vida “LS”, para la demanda solicitada en la NEC, lo
que quiere decir que la estructura para el sismo de 475 años va a asegurar la vida de las personas sin
llegar al colapso, la estructura tendrá daños en sus elementos principales pero no se da lugar a la caída de
escombros dentro o fuera del edificio, pueden existir heridos pero no de gravedad, la reparación de la
estructura es costosa por lo que es necesario realizar un análisis Costo – Beneficio.
Conclusiones

80. 80
Bibliografía
[1] L. A. Montoya Coronado y J. M. Bairán, «Diseño sismo resistente no lineal directo basado en desempeños multi objetivos,» ResearchGate, p. 9, 2016.
[2] C. M. Piscal A y F. López Almansa, «Comparación de las dos metodologías de análisis y diseño más recientes de ASCE 7, para el análisis de su posible
empleo en edificaciones con aislamiento de base en Colombia,» Ingeniería y Desarrollo, vol. 37, nº 1, p. 12, 2019.
[3] R. Medina y J. Music, «Determinación del nivel de desempeño de un edificio habitacional estructurado en base a muros de hormigón armado y diseñado
según normativa chilena,» Obras y Proyectos, pp. 63-77, 2018.
[4] D. P. Guerrero Cuasapaz, «Análisis técnico y económico del diseño por desempeño de edificios con estructura de acero utilizando arriostramientos
concéntricos,» Revista Gaceta Técnica, p. 19, 2018.
[5} B. Gallegos Ortiz, «Diseño basado en desempeño,» ResearchGate, p. 29, 2016.
[6] A. R, M. D y R. M, «Análisis de una estructura con disipadores sometidos a espectros de diseño y de control,» Revista Internacional de Métodos
Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, p. 8, 2016.

81. 81
THANKS!