Cálculo de derivas, drifts o desplazamientos relativos debido a sismos.

[Isai]

Estimados buenas tardes,
Tengo una duda acerca del cálculo de los desplazamientos relativos de la estructura, los que se comparan con los permisibles máximos de las normas.
Hasta ahora aprendí que, al aplicar las fuerzas laterales de sismo, se hace la lectura de los desplazamientos, y luego se multiplican por un factor para obtener los desplazamientos inelásticos. No se considera ninguna combinación con otras cargas para este proceso.
Recopilando información:

   
• El código International Building Code, en el artículo 1604.3, se considera a las derivas dentro de los requerimientos de servicio, referenciándose a la norma ASCE 7 para su cálculo.
• El ASCE 7, dice que se calculen los desplazamientos bajo las fuerzas de sismo para el diseño por resistencia.
• En el Comentario Apéndice C del ASCE 7, habla de una combinación por servicio para verificar las derivas de muros y pórticos, por una combinación que incluye cargas muerta, viva y viento.
• Bungale Taranath, en su libro Wind and Earthquakes Resistant Buildings Structural Analysis and Design, afirma que los desplazamientos de diseño se calculan con las combinaciones de diseño por resistencia.
• T. Paulay y M.J.N. Priestley en su libro Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, asevera que se deben revisar las derivas para requerimientos de servicio.
• Las demás normas, entre ellas la colombiana y la peruana, repiten que el cálculo se debe hacer con las solicitaciones sísmicas de un análisis elástico y a partir de estas obtener los inelásticos, y finalmente comparar con los máximos permisibles.

¿Alguien podría sustentar o comentar, porque no se usan combinaciones, o porque se usan? Si se prevé que los desplazamientos inelásticos debido a sismos severos, se producirán cuando las edificaciones estén en uso, con las cargas muertas y vivas; mientras estas no colapsen.

[Vlacev TE]

Yo te recomendaría no comparar libros o normativas que, quizá, no sean equivalentes. Si mencionas normas te recomiendo que cites el año de publicación ya que se actualizan a menudo y varían.

Actualmente todas las normativas de diseño permiten el uso de combinaciones de cargas (por servicio) y el cálculo de las derivas se realizan para un espectro elástico (que puede multiplicarse por algún factor). Sobre lo que mencionas de la norma peruana no me queda clara tu interpretación, si serías amable en comentarla un poco más para darte una apreciación.

[Isai]

Gracias Elijah,

   
• Acerca de los libros, el libro de Taranath, usa el método del Diseño por Resistencia o LRFD, así que es compatible con la mayoría de las norma E.030, E.060, ASCE 7 e IBC.
• El motivo que menciono al libro de Paulay y Priestley, ya que este usa el método del Diseño por Capacidad, es porque nos da una idea de las condiciones en las que se debe evaluar a la estructura.
• La norma ASCE 7, es la ultima versión, 2010. El Comentario Apéndice C, sólo menciona a las fuerzas laterales de viento, mas no a las de sismo; se podría tomar una combinación similar o no.
• La norma IBC es también la última versión, 2012.
• La norma peruana, no importando que método se use, modal espectral o fuerzas equivalentes estáticas, no hace distinción para evaluar los desplazamientos inelásticos. Pero menciona a las "solicitaciones sísmicas reducidas", no hace mención la inclusión de otras cargas.

Además menciono a la las normas IBC y ASCE 7, porque los artículos que mencionan a las derivas están dentro de las condiciones de Servicio.
Dejo un enlace en el que se menciona el uso de las combinaciones por servicio. http://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=252378Espero despejen mis dudas con sus comentarios.

[Vlacev TE]

El motivo de mi anterior mensaje era del lado, por ejemplo, el Diseño LRFD o Estados Últimos (Concreto, Acero, etc) no mencionan la metodología para tomar en consideración las cargas sísmicas, sólo las usan en combinaciones de carga. Se tienen recomendaciones, como la rigidez efectiva, pero son de manera general. Son normativas para diseño del material o de los elementos: diminuyendo la resistencia nominal de los elementos y mayorando las cargas .

El Diseño por Capacidad es diseño del material, similar a lo que te menciono en el párrafo anterior (columna fuerte - viga débil).

Si el ASCE te menciona una combinación de cargas para el viento y otra para sismos, no veo por qué se tenga que intercambiarlas. Las cargas de viento y de sismo sólo comparten que sean laterales, luego tienen un tratamiento distinto.

Y con respecto a la norma peruana, que es similar para todas las normativas vigentes, ya sea de nuestros países o la ASCE, no toman los desplazamientos usando un espectro inelástico para la verificación de las derivas máximas, sino, como te lo mencioné en mi otro mensaje, un espectro elástico. Es la razón que te pedí un mayor comentario ya que no me parecía apropiado lo que mencionabas y podría causar confusión. Un espectro se vuelve inelástico cuando se usa el factor de reducción, entonces para verificar las derivas se vuelven a multiplicar por el factor de reducción (se convierte en espectro elástico nuevamente) y por algún factor más. El ASCE SEI 7-10 usa la misma metodología, sólo que para la verificación de las derivas máximas a los desplazamientos por el espectro inelástico los multiplica, ya no por el factor de reducción, por un factor de amplificación.

[Isai]

De acuerdo con el espectro elástico. Y para obtener el inelástico nuestra norma lo amplifica por el R y otro factor (0.75), que el ASCE 7 varia de acuerdo al sistema sismorresistente.
Pero con todo esto, se debe usar solamente esta solicitación sin considerar la muerta y la viva? Y porque.
Me remito otra vez al libro de Bungale, que está explícito en las combinaciones que se deben usar para el cálculo de los desplazamientos laterales.
Adjunto otra vez el enlace donde se menciona al respecto de evaluación por servicio: http://www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=252378

[Vlacev TE]

En la norma E 030 se indica que se considera el 100% de las cargas por peso propio y cargas muertas y un porcentaje de las cargas vivas. Por eso te menciono que no mezcles libros o normativas. Usa la que esté vigente en un país, si tiene algún vacío busca una normativa más completa que te permita incluir algún requerimiento adicional. No leí el libro de Bungale pero hay que ver de qué año es y para qué país y qué desea calcular.

[Isai]

Estimado Elijah, gracias por responder,
No me refiero al porcentaje de las cargas para el cálculo del peso de la estructura con las que se calcula las fuerzas laterales estáticas equivalentes, o para tomar las masas para el modal espectral; sino a las cargas o combinaciones que se usarán para el cálculo de las derivas.
O sea, de acuerdo a la norma E.030 y E.060, se deben usar:

   
• [Sismo]
• [1.25(Muerta + Viva) +- Sismo] y [0.9Muerta +- Sismo]

Cuál de las dos, y porqué, si cuando se analizan los desplazamientos para sismos, según la filosofía de diseño sismorresistente, esta no debe colapsar, y mientras ocurra, esta estará ocupada, o no?
A propósito, en el libro de Bungale, menciono los párrafos donde se trata el tema del cálculo de las derivas por fuerzas de sismo.

[Vlacev TE]

No mezclar la E030 que es para cargas sísmicas que tiene su metodología para derivas máximas, con la E060 que es para Diseño para Elementos de Concreto Armado y que tiene condiciones para control de deflexiones pero no menciona límites de desplazamiento o derivas máximas para cargas laterales sísmicas.

[Isai]

La E.030 es complementaria. La E.060, en una manera sí especifica una deriva máxima, al menos para los muros que son de concreto reforzado, en el Artículo 21.9.7.4, donde se limita la deriva inelástica a 0.005, mas en el ACI 318, este límite es 0.007; y en la norma E.030 ésta es 0.007. Nos dan una idea de los desplazamientos de diseño.
Pero que hay acerca de las combinaciones a usar?

[Vlacev TE]

Me parece que estás equivocado, ya te respondí la metodología y el cálculo de derivas máximas para cargas sísmicas, la E030 no es complementaria es la norma que rige en el Perú para estas cargas, la E060 usa el resultado del análisis con las limitaciones de la E030 (o cualquier otra normativa sísmica) y las combina para el diseño de los elementos.