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DISEÑO SÍSMICO BASADO EN DESEMPEÑO – REVISIÓN DE UNA FILOSOFÍA
ALTERNATIVA DE DISEÑO
Conference Paper · May 2022
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J. Ramon Gaxiola-Camacho
Universidad Autónoma de Sinaloa
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DISEÑO SÍSMICO BASADO EN DESEMPEÑO – REVISIÓN DE UNA
FILOSOFÍA ALTERNATIVA DE DISEÑO
J. Ramon Gaxiola-Camacho (1)
1
Universidad Autónoma de Sinaloa. Ciudad Universitaria, Culiacán, Sinaloa, México, 80040, jrgaxiola@uas.edu.mx
IX. Riesgo sísmico, peligro, vulnerabilidad y confiabilidad.
RESUMEN
Hoy en día, es bien sabido entre la profesión que el principal objetivo de los reglamentos de
construcción de estructuras sismo-resistentes es evitar el colapso ante la acción del terremoto máximo
esperado. Lo anterior, a través de una serie de recomendaciones de orden prescriptivo. Sin embargo, todavía
se tiene mucho por hacer en términos del control de daños en las edificaciones cuando se ven sometidas a
terremotos.
A finales de los ochenta y principios de los noventa, una serie de terremotos significativos ocurrieron
alrededor del mundo. Como consecuencia, incontables daños estructurales se registraron en diversos tipos
de edificaciones. Después de dichos eventos telúricos, comenzó una revolución en el pensamiento crítico
entre ingenieros estructurales de diversos países, lo cual representó el comienzo de un posible cambio al
objetivo principal de los reglamentos de construcción. Dicho cambio se comenzó a perfilar hacia el control
de los daños estructurales de las edificaciones mediante el análisis y diseño considerando diversos niveles
de desempeño estructural. Como resultado, se presentó una nueva filosofía de diseño estructural basada en
desempeño, de la cual hoy en día se han documentado múltiples investigaciones.
En este artículo, el autor presenta una revisión literaria del estado del arte del diseño sísmico basado en
desempeño. El artículo se organiza para cubrir y presentar los temas más importantes de dicha filosofía de
diseño en términos de la selección de niveles y objetivos de desempeño sísmico, el desarrollo de diseños
estructurales preliminares, la evaluación del desempeño sísmico, y los retos actuales y futuros de este tipo
de diseño de estructuras sismo-resistentes.
Por último, con base en el análisis de literatura que se presenta en este artículo, se logra documentar que el
diseño sísmico basado en desempeño es una filosofía en la dirección correcta hacia la construcción de
estructuras resilientes ante fenómenos naturales como los terremotos.
1
INTRODUCCIÓN
En la mayoría de los países del mundo, el diseño de estructuras sismo resistentes se encuentra en un
proceso fundamental de cambio. La razón principal que sustenta dicho cambio ha sido el daño estructural
observado en las edificaciones a causa de la ocurrencia de sismos recientes. En otras palabras, si bien es
cierto que las reglamentaciones normales de construcción tienen el objetivo principal de evitar el colapso
de la estructura ante el terremoto máximo esperado en la zona de interés, poco garantizan en términos de
control de daños en las edificaciones (Gaxiola-Camacho et al., 2017). Un ejemplo claro de lo anterior quedó
demostrado a mediados de la década de los noventa cuando en enero de 1994 ocurrió el sismo de Northridge
en California provocando daños de alrededor de 30 mil millones de dólares. Exactamente un año mas tarde,
en enero de 1995 en Kobe, Japón, ocurrió otro terremoto, el cual causó daños en las estructuras por el orden
de los 150 miles de millones de dólares. En el caso particular de México, el sismo de septiembre de 1985
causó daños de aproximadamente 4 mil millones de dólares, lo cual condujo a diversas modificaciones en
el reglamento de construcciones de la Ciudad de México. Los anteriores, son solo algunos ejemplos del
nivel considerable de daños en estructuras, diseñadas usando códigos prescriptivos, a raíz de la ocurrencia
de sismos, los cuales obviamente provocaron pérdidas económicas por la falta de uso de los inmuebles
afectados y por lo correspondiente a la reparación estructural de estas (Ghobarah, 2001).
Los métodos convencionales de diseño sismo resistente tienen el objetivo primordial de brindar seguridad
de vida, proveyendo de resistencia y ductilidad a las estructuras, y a la vez, poseen la meta de controlar los
daños garantizando límites de distorsión permisibles. En este sentido, los criterios de diseño se definen
mediante limites en esfuerzos y fuerzas en los elementos estructurales los cuales se calculan empleando
niveles prescritos de carga lateral en la estructura. Sin embargo, existen una gran cantidad de incertidumbres
en el diseño sismo resistente asociadas a la demanda (carga sísmica) y capacidad (resistencia) de la
estructura. Una alternativa para considerar dichas incertidumbres es el diseño sísmico basado en desempeño,
o mejor conocido como PBSD (Performance-Based Seismic Design) por sus siglas en inglés. El PBSD es
una filosofía de diseño más general en la cual se busca cumplir objetivos de desempeño establecidos cuando
la estructura se ve sometida a diversos niveles de riesgo símico. Dichos desempeños establecidos pueden
ser niveles de esfuerzos, fuerzas, desplazamientos, estados limites o de daños en las estructuras, los cuales
están en función del riesgo sísmico en consideración.
Un estado o función límite en una estructura es un objetivo de desempeño. Por ejemplo, la respuesta
estructural en términos de desplazamientos se puede relacionar a un estado limite basado en deformación
unitaria, el cual se asume que está relacionado con el nivel de daño. De esta forma, para un desempeño
establecido de una estructura en términos de un estado de daño, la deformación unitaria representa un mejor
indicador del daño que los esfuerzos (Moehle, 1992). El uso de limites de servicio en términos de
deformación unitaria permite una evaluación consistente del desempeño sísmico de las estructuras. Por lo
tanto, para reducir los costos tan elevados por la falta de uso y reparación de estructuras dañadas por
terremotos, se necesitan considerar diversos niveles de desempeño objetivo. En este sentido, la filosofía
PBSD representa una técnica alternativa la cual comprende métodos tradicionales de diseño sísmico y
diversas mejoras que permiten considerar las incertidumbres asociadas a las demandas y capacidades de las
estructuras sometidas a carga sísmica. Existen diferentes interpretaciones acerca del significado de la
filosofía PBSD (SEAOC Vision 2000, 1995; ATC-40, 1996; FEMA-273, 1997). Una de las más aceptadas
es la que se refiere a dicha filosofía como una técnica de diseño estructural en la cual se busca garantizar
que el diseño estructural cumpla con una serie de objetivos de desempeño preestablecidos.
Es importante mencionar también que la filosofía PBSD y el diseño basado en desplazamientos han sido
usados de manera similar durante los últimos años. Esto se basa en la idea de que los objetivos de desempeño
se pueden relacionar al nivel de daño de la estructura, lo cual se puede relacionar a su vez a los
desplazamientos y distorsiones. Sin embargo, esta suposición resulta en una simplificación excesiva de la
filosofía PBSD debido a que el nivel de daño en una estructura sometida a carga sísmica se ve influenciado
por otros parámetros como la acumulación y distribución de daño, los modos de falla en elementos
estructurales, el numero de ciclos y duración del sismo, y los niveles de aceleración en sistemas secundarios
de la estructura. Para un criterio de diseño efectivo, la correlación entre daño y distorsión debe ser calibrada
con respecto al desempeño que las estructuras han mostrado ante la acción de terremotos reales. De hecho,
el diseño basado en desplazamientos se debe considerar como una rama de la filosofía PBSD. Entonces, el
desempeño objetivo puede ser cualquier parámetro de respuesta estructural asociado a un cierto límite. Un
solo parámetro de respuesta como el desplazamiento o distorsión puede no controlar de manera propia todos
los objetivos de desempeño para sistemas estructurales y no estructurales (Krawinkler, 1996). Por ejemplo,
cuando se trata de cumplir con estados límites de pre-fluencia, los criterios de diseño basados en fuerzas o
esfuerzos son más apropiados para estructuras con periodos de vibrar cortos que los criterios basados en
desplazamientos.
En resumen, se pueden identificar claramente dos metas claves en el PBSD: (1) asociar requerimientos
estructurales con desempeños esperados para garantizar que los riesgos se traten de manera consistente, y
(2) asegurar que las pérdidas económicas asociadas a los daños estructurales sean las esperadas para el
diseño propuesto. Con el objetivo de dejar en claro la filosofía de diseño PBSD, la Figura 1 ilustra paso a
paso el proceso de esta técnica.
Figura 1. Proceso de la filosofía de diseño PBSD.
Según lo que se presenta en la Figura 1, el proceso de la filosofía de diseño PBSD se puede describir de la
siguiente manera. En primer lugar, se deben establecer los objetivos de desempeño, los cuales se seleccionan
con la aprobación del dueño o dueña de la estructura, el ingeniero contratista, el ingeniero estructural, y
todas las personas con peso en las decisiones del inmueble a diseñar. Una vez seleccionados los objetivos o
niveles de desempeño a utilizar en el diseño, se procede a desarrollar un diseño preliminar por parte del
ingeniero estructural, el cual obviamente se basará en los objetivos de desempeño propuestos. Después de
esto, se lleva a cabo una evaluación del desempeño estructural, esta parte es la que más consume tiempo
debido a que se debe extraer la respuesta de la estructura ante la acción sísmica. Finalmente, si el desempeño
estructural coincide con los objetivos de desempeño seleccionados, el diseño ha sido terminado, de lo
contrario, se tiene que revisar el diseño y proponerse otra configuración estructural hasta que se cumplan
los objetivos de desempeño propuestos en la primera parte del proceso.
Por último, queda claro que la filosofía de diseño PBSD representa una alternativa para mejorar de manera
significativa los diseños sismo resistentes de estructuras, es por ello por lo que en este artículo se presenta
una revisión del estado del arte de dicha técnica de diseño estructural. Enseguida, en la Sección 2, se discute
el estado de desarrollo de la filosofía PBSD, en donde se incorporarán en la discusión diversos trabajos que
han venido a fortalecer esta técnica de diseño. Después, en la Sección 3, se establecen los niveles de
desempeño más comúnmente utilizados en este tipo de diseños. Posteriormente, en la sección 4, se presenta
una discusión acerca de los diversos métodos que existen para llevar a cabo evaluaciones estructurales del
desempeño sísmico de edificios. En la Sección 5, quedaran establecidos los retos y tendencias que
actualmente se tienen en la filosofía de diseño PBSD. Finalmente, en la Sección 6, se presentan las
Conclusiones de este artículo.
2
ESTADO DE DESARROLLO DE LA FILOSOFIA DE DISEÑO PBSD
Actualmente, existe un consenso entre la comunidad ingenieril con respecto a que los diseños sismo
resistentes del futuro necesitarán forzosamente estar basados en cumplir diversos objetivos de desempeño
estructural. Sin embargo, existen todavía numerosos puntos de vista acerca del significado de la filosofía de
diseño PBSD y los métodos para implementarla. De manera general, tres son los documentos que sustentan
el crédito de la filosofía de diseño PBSD: SEAOC Vision 2000 (1995), ATC-40 (1996), y FEMA-273
(1997). Dichas guías o documentos reportaron una serie de procedimientos que pueden ser usados a manera
de complemento con respecto a lo reportado en los reglamentos de construcciones.
El objetivo de las recomendaciones SEAOC Vision 2000 (1995) fue desarrollar un marco de referencia para
los procedimientos pioneros en el diseño de estructuras con desempeños sísmicos predecibles que fueran
capaces de cumplir con diversos objetivos de desempeño. Dicho reporte presenta los conceptos y aborda los
niveles de desempeño para sistemas estructurales y no estructurales. Se describen cinco niveles de
desempeño en el documento SEAOC Vision 2000 (1995) con los respectivos limites de distorsión asociados
a ellos. Se sugiere que se aplique el concepto de diseño por capacidad para determinar la respuesta inelástica
de la estructura y con esto diseñar elementos dúctiles en el sistema resistente a carga lateral. Algunas de las
técnicas de diseño que se presentan en el reporte incluyen métodos elásticos e inelásticos como: (1) métodos
convencionales basados en fuerzas y resistencias, (2) diseño basado en desplazamientos, (3) aproximaciones
con base en energía, y (4) metodologías prescriptivas de diseño.
Por otro lado, el documento ATC-40 (1996) se refiere a la filosofía de diseño PBSD como una metodología
en la cual los criterios estructurales se expresan en términos de cumplir con un objetivo de desempeño. Este
documento esta limitado a estructuras de concreto reforzado y hace énfasis en el uso del método del espectro
de capacidad. Dicho método consiste en analizar los espectros de capacidad y demanda. Para construir el
espectro de capacidad, la curva esfuerzo-deformación de un punto de la estructura se determina utilizando
un análisis estático no lineal, o mejor conocido como Pushover en inglés. En este sentido, las fuerzas y
desplazamientos se convierten en aceleraciones y desplazamientos espectrales, respectivamente, usando un
sistema de un grado de libertad. Por otro lado, las demandas sísmicas se definen mediante un espectro
elástico muy amortiguado. Por lo cual, en el punto de desempeño, la capacidad sísmica se asume igual a la
demanda, lo cual permite estimar la aceleración (resistencia) y desplazamiento (demanda). La probabilidad
de ocurrencia del terremoto se puede relacionar con el riesgo de ocurrencia del estado de daño asociado. En
el reporte ATC-40 (1996) no todas las componentes del procedimiento están muy bien establecidas. Por
ejemplo, se han realizado estudios para obtener relaciones entre la ductilidad y el amortiguamiento usando
modelos perfectos de endurecimiento y ablandamiento (Borzi & Elnashai, 2000). Sin embargo, se requieren
más investigaciones y desarrollos técnicos al respecto. Aunque el método del espectro de capacidades es
relativamente simple, las bases técnicas y las interpretaciones físicas todavía son cuestionables (Krawinkler,
1995).
En 1997, la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA, por sus siglas en inglés) de Estados
Unidos, presentó un documento en el cual se establecen una serie de objetivos de desempeño asociados a
un conjunto de sismos con diferentes probabilidades de excedencia (FEMA-273, 1997). También se
incluyen en el documento diversos métodos de análisis y diseño para el caso de los múltiples niveles de
desempeño, los cuales varían de métodos lineales estáticos hasta dinámicos no lineales (paso a paso en el
dominio del tiempo). El reporte FEMA-273 (1997) define niveles de desempeño para elementos
estructurales y no estructurales y propone limites con respecto a distorsiones permisibles para cada uno de
los niveles de desempeño.
Posteriormente, en el año 2000, a raíz de los diversos daños observados en edificaciones de acero al paso
del terremoto de Northridge en California, y como resultado de un conjunto de proyectos financiados por la
FEMA, se publicaron una serie de reportes técnicos acerca del diseño de edificios de acero utilizando la
filosofía PBSD (FEMA-350, 2000; FEMA-351, 2000; FEMA-352, 2000; FEMA-353, 2000; FEMA-355C,
2000; FEMA-355F, 2000). En resumen, el documento FEMA-350 (2000) presenta una serie de
recomendaciones y criterios para el diseño y evaluación de marcos de acero resistentes a momento
considerando la filosofía PBSD. Por otro lado, el reporte FEMA-351 (2000) provee un conjunto de
procedimientos para evaluar y rehabilitar soldaduras existentes en edificios de acero. Asimismo, el
documento FEMA-352 (2000) recomienda algunos métodos para reparar conexiones de acero dañadas por
terremotos, lo cual es muy necesario al detectar fallas en conexiones después de la ocurrencia de un sismo.
Por otra parte, el reporte FEMA-353 (2000) presenta una serie de especificaciones para asegurar la calidad
del desempeño de edificios de acero sometidos a terremotos. Y, por último, los documentos FEMA-355C y
355F reportan el estado del arte con respecto al desempeño sísmico de edificios de acero ante la acción de
terremotos, así como también ciertas metodologías para predecir y evaluar dicho desempeño.
En este mismo sentido, del año 2000 al 2010 se realizaron diversos estudios para proveer de guías y
recomendaciones con respecto a la filosofía PBSD. Dichas investigaciones fueron financiadas por la FEMA
y dieron como resultado una serie de documentos formales: (1) FEMA-440 (2005), (2) FEMA-445 (2006),
(3) FEMA-451 (2006), (4) FEMA-P695 (2009), y (5) FEMA-P750 (2009). Estos documentos representaron
un gran avance en el desarrollo de la filosofía de diseño PBSD. En ellos, se abordaron temas relacionados
al mejoramiento de los procedimientos estáticos de análisis símico (FEMA-440, 2005). También, se
presentó un programa nuevo para llevar a cabo diseños y evaluaciones de desempeño sísmico de edificios
existentes (FEMA-445, 2006). De este modo, se implementaron algunos ejemplos de diseño considerando
la filosofía PBSD (FEMA-451, 2006), y se propuso una metodología para cuantificar el desempeño sísmico
de edificios a través de factores (FEMA-P695, 2009). En este tenor, también se llevaron a cabo estudios
para desarrollar análisis y diseños con base en la filosofía PBSD para edificaciones nuevas (FEMA-P750,
2009).
Además de los estudios financiados por la FEMA, diversas investigaciones de grupos académicos alrededor
del mundo se han realizado acerca de la aplicación de la filosofía de diseño PBSD en estructuras de concreto
(Priestley, 1997; Kappos & Panagopoulos, 2004; Fragiadakis & Papadrakakis 2008; Hajirasouliha et al.,
2012; Zameeruddin & Sangle, 2016; Franchin et al., 2018), acero (Mazzolani & Piluso, 1997; Sakurai et
al., 2001; Cavdar et al., 2009; Razavi & Abolmaali, 2014; Roldán et al., 2016; Gaxiola-Camacho et al.,
2018; Kim & Truong, 2020), muros de cortante (Sasani, 1998; Tjhin et al., 2007; Carrillo & Alcocer, 2012;
Seo et al., 2015; Ozkul et al., 2019), columnas en puentes (Lehman & Moehle, 2000), y sistemas de losas
(Nikolic-Brzev & Stojadimovic, 1999). Lo anterior, demuestra a aplicabilidad de la filosofía PBSD y el
estado de desarrollo en el que actualmente se encuentra.
3
NIVELES DE DESEMPEÑO
La selección de objetivos en la filosofía PBSD juega un papel primordial en el proceso de diseño.
Generalmente, dicha selección se establece en términos de niveles de desempeño estructural. Los reportes
técnicos FEMA-350 (2000) y ASCE/SEI 41-13 (2014) proponen tres niveles de desempeño: (1) ocupación
inmediata, (2) seguridad de vida, y (3) prevención del colapso. La descripción de cada uno de estos niveles
de desempeño se presenta en la Tabla 1.
Tabla 1.- Niveles de desempeño (FEMA-350, 2000; ASCE/SEI 41-13, 2014).
Nivel de
Daño
Descripción
Desempeño
Estructural
Ocupación
Inmediata
Seguridad
Vida
La edificación presenta daños ligeros, puede ser reocupada una vez
que se inspeccionen rápidamente sus elementos estructurales.
de
Prevención del
Colapso
La edificación tiene daños considerables. Sin embargo, el riesgo de
colapso es muy bajo. Se requieren reparaciones estructurales antes
de que pueda ser reocupada.
La edificación se encuentra en pie de manera muy frágil. El daño
es bastante considerable. Las reparaciones estructurales resultan
muy caras.
Por otro lado, dependiendo de la edificación bajo diseño y/o evaluación, el PBSD exige cumplir con ciertos
objetivos de desempeño para determinadas demandas sísmicas en términos de probabilidad de excedencia
y periodo de retorno (ver Tabla 2). Dichos objetivos de desempeño pueden ser encontrados en el reporte
técnico SEAOC Vision 2000 (1995).
Tabla 2.- Objetivos de desempeño sísmico (FEMA-350, 2000; ASCE/SEI 41-13, 2014; SEAOC Vision
2000, 1995).
Demanda Sísmica (Terremoto)
Nivel de Desempeño
Probabilidad de
Periodo de
Ocupación
Seguridad de
Prevención del
Excedencia
Retorno (Años)
Inmediata
Vida
Colapso
50% en 50 años
72
1
0
0
10% en 50 años
475
2
1
0
2% en 50 años
2475
3
2
1
0.- Desempeño inaceptable; 1.- Edificaciones básicas; 2.- Edificaciones esenciales; 3.- Edificaciones de
seguridad critica.
Por lo tanto, para edificaciones básicas, como edificios de oficina, viviendas, etc., se deben garantizar
niveles de desempeño de ocupación inmediata, seguridad de vida, y prevención del colapso para demandas
sísmicas asociadas a periodos de retorno de 72, 475, y 2475 años, respectivamente. Para edificaciones
esenciales (hospitales, estaciones de bomberos y policías, etc.), se deben tener niveles de desempeño de
ocupación inmediata y seguridad de vida para eventos sísmicos relacionados a periodos de retorno de 475
y 2475 años. Por último, para edificaciones de seguridad critica como depósitos de materiales peligrosos,
plantas nucleares, etc., se tiene que garantizar un desempeño de ocupación inmediata asociado a terremotos
con periodo de retorno de 2475 años. Sin embargo, en términos de probabilidad de excedencia y periodo de
retorno, existe cierta controversia en la literatura acerca de la selección y escalamiento de terremotos que
representen las demandas sísmicas mostradas en la Tabla 2 (Ghobarah, 2001). Aunado a esto, se ha
documentado la necesidad de técnicas basadas en confiabilidad para determinar de forma explícita el riesgo
de las edificaciones diseñadas usando la filosofía PBSD (Wen, 2001).
Además de los niveles de desempeño reportados en los párrafos anteriores, algunos investigadores han
estado estudiando algunos otros niveles de desempeño de manera complementaria a los tres mencionados
con anterioridad (Collins & Stojadinovic, 2000; Bertero & Bertero, 2002; Giovenale et al., 2004; Kaveh &
Nasrollahi, 2014). Una explicación más a detalle de dichos niveles va más allá del alcance de este artículo.
4
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
Algunos de los procedimientos mas aceptados para llevar a cabo evaluaciones del desempeño sísmico
de estructuras son: (1) análisis elásticos, (2) procedimientos de análisis elásticos basados en componentes,
(3) métodos simplificados de análisis no lineales, y (4) análisis dinámicos no lineales (paso a paso en el
dominio del tiempo).
Los análisis simplificados no lineales son básicamente análisis estáticos no lineales o mejor conocidos como
Pushover, los cuales sirven para determinar espectros de capacidad o diseño para con ello representar la
demanda. Algunos tipos de estos análisis son el del espectro inelástico (Reinhom, 1997), el del espectro de
punto de fluencia (Aschheim & Black, 2000), y el método N2 (Fajfar, 2000). En cada etapa del diseño,
evaluaciones del desempeño pueden considerarse estudiando los esfuerzos, deformaciones, distorsiones,
aceleraciones, y ductilidades en términos de demandas versus capacidades. En este sentido, valores límites
para dichos parámetros de respuesta estructural deben establecerse para cada uno de los niveles de
desempeño validándolos a través de experimentos de laboratorio para componentes específicos. Estos
valores limite se pueden calibrar también analizando edificios que han experimentado daños cuantificables
durante eventos sísmicos para los cuales se cuente con los respectivos registros sísmicos.
En términos de precisión y exactitud el proceso de validación mas certero en la predicción de deformaciones
y fuerzas en estructuras sometidas a terremotos consiste en la realización de análisis dinámicos no lineales
o también conocidos como análisis paso a paso en el dominio del tiempo. En este sentido, para garantizar
que el análisis de validación y calibración es confiable, se necesitan cumplir las siguientes condiciones:
•
•
•
•
•
5
Selección y/o simulación apropiada de registros sísmicos que en realidad representen el
riesgo de la zona en la cual se ubicará la edificación.
Construcción adecuada del modelo estructural a ser analizado.
Uso de modelos histeréticos correctos para los materiales a ser evaluados durante los
análisis sísmicos.
Procedimientos de análisis y herramientas de interpretación confiables.
Identificación apropiada de modos y secuencias de los elementos, e identificación realística
de los tipos de fallas estructurales.
RETOS Y TENDENCIAS DEL DISEÑO SÍSMICO BASADO EN DESEMPEÑO
Existen diversos retos en la filosofía PBSD, los cuales requieren ser atendidos antes de que esta
técnica de diseño pueda ser completamente incluida en los códigos de construcción. Dichos retos se enfocan
principalmente en áreas como criterios de diseño, caracterización probabilística de capacidades y
desempeños estructurales, desarrollo de procedimientos generales de diseño para múltiples desempeños y
niveles de riesgo, y análisis y modelado inelástico de estructuras para la determinación precisa de
deformaciones residuales y transitorias. Aunque existen diversos reportes y guías que tratan de proveer
recomendaciones para llevar a cabo diseños sismo-resistentes con base en desempeño, se requieren más
investigaciones en diversas áreas de la ingeniería sísmica para demostrar que en realidad son precisas y
eficientes. Una de las principales deficiencias hoy en día se encuentra en la predicción precisa del
comportamiento inelástico de las edificaciones, si bien es cierto que se cuenta con herramientas
computacionales avanzadas, hace falta mejorar todavía más los modelos inelásticos. Aunado a lo anterior,
existen diversas fuentes de incertidumbre que deben ser consideradas en la filosofía PBSD. Por lo tanto, la
expectativa de que el desempeño de los diseños desarrollados con base en la filosofía PBSD serán
completamente predecibles se podrá lograr solamente en términos probabilísticos.
La tendencia en el avance y mejoramiento del diseño sísmico basado en desempeño radica en dos flancos.
Primeramente, se sigue una tendencia en realizar pruebas experimentales en laboratorio cada vez mas
precisas con aparatos de medición muy sofisticados para garantizar el entendimiento total del desempeño
estructural de las edificaciones y sus elementos cuando estos se ven sometidos a cargas sísmicas. Por otro
lado, se avanza también en análisis analíticos en computadoras de gran capacidad para mejorar la eficiencia
del diseño basado en desempeño. De manera particular, se esta avanzando bastante en el mejoramiento de
los análisis dinámicos no lineales utilizando registros símicos reales y/o artificiales.
6
CONCLUSIONES
Con base en lo discutido en este artículo, se puede concluir lo siguiente:
•
•
•
7
De manera general, existe un acuerdo en que las necesidades futuras del diseño de
estructuras sismo resistentes se basarán en definir objetivos múltiples de desempeño
asociados con diversos niveles de peligro sísmico, para los cuales, obviamente se debe
garantizar la seguridad de la estructura.
La ventaja principal de realizar diseños sismo resistentes con base en la filosofía PBSD
radica en el hecho de que se puede predecir el desempeño sísmico de la estructura
garantizando con esto un riesgo uniforme.
El marco de referencia para desarrollar una metodología unificada de diseño de
estructuras sismo resistentes se puede basar en conceptos propuestos en la filosofía
PBSD considerando múltiples desempeños estructurales. Sin embargo, hacen falta aun
mas investigaciones que validen esta técnica de diseño.
AGRADECIMIENTOS
La realización de este artículo fue gracias al proyecto “Desarrollo e Implementación de Metodología
Alternativa para el cálculo de Confiabilidad Estructural de Edificios sometidos a Terremotos considerando
Niveles de Desempeño” con No. de Proyecto: A1-S-10088 financiado por el Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología (CONACYT) y la Secretaria de Educación Pública (SEP) a través del Fondo Sectorial de
Investigación para la Educación.
8
REFERENCIAS
ASCE/SEI 41-13 (2014), “Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings”, American Society of
Civil Engineers (ASCE), Reston, VA, USA.
Aschheim, M., & Black, E. F. (2000). Yield point spectra for seismic design and rehabilitation. Earthquake
Spectra, 16(2), 317-335. https://doi.org/10.1193/1.1586115
ATC-40 (1996). Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, Applied Technology Council
(ATC).
Bertero, R. D., & Bertero, V. V. (2002). Performance‐based seismic engineering: the need for a reliable
conceptual comprehensive approach. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31(3), 627-652.
https://doi.org/10.1002/eqe.146
Borzi, B., & Elnashai, A. S. (2000). Assessment of inelastic response of buildings using force‐and
displacement‐based approaches. The structural design of tall buildings, 9(4), 251-277.
https://doi.org/10.1002/1099-1794(200009)9:4<251::AID-TAL151>3.0.CO;2-V
Carrillo, J., & Alcocer, S. M. (2012). Acceptance limits for performance‐based seismic design of RC walls
for low‐rise housing. Earthquake engineering & structural dynamics, 41(15), 2273-2288.
https://doi.org/10.1002/eqe.2186
Cavdar, O., Bayraktar, A., Cavdar, A., & Kartal, M. E. (2009). Stochastic finite element analysis of
structural systems with partially restrained connections subjected to seismic loads. Steel and Composite
Structures, 9(6), 499-518. https://doi.org/10.12989/scs.2009.9.6.499
Collins, K. R., & Stojadinovic, B. (2000). Limit states for performance-based design. In Proceedings of the
12th World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand (Vol. 30).
https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/0716.pdf
Fajfar, P. (2000). A nonlinear analysis method for performance-based seismic design. Earthquake
spectra, 16(3), 573-592. https://doi.org/10.1193/1.1586128
FEMA-273 (1997). NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Federal Emergency
Management Agency (FEMA).
FEMA-350 (2000), “Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings”, Federal
Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-351 (2000), “Recommended Seismic Evaluation and Upgrade Criteria for Existing Welded Steel
Moment-Frame Buildings”, Federal Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-352 (2000), “Recommended Post-earthquake Evaluation and Repair Criteria for Welded Steel
Moment-Frame Buildings”, Federal Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-353 (2000), “Recommended Specifications and Quality Assurance Guidelines for Steel MomentFrame Construction for Seismic Applications”, Federal Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-355C (2000), “State of the art report on systems performance of steel moment frames subject to
earthquake ground shaking”, Federal Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-355F (2000), “State of the art report on performance prediction and evaluation of steel momentframe buildings”, Federal Emergency Management Agency (FEMA).
FEMA-440 (2005), “Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures”, Federal Emergency
Management Agency (FEMA).
FEMA-445 (2006), “Next-Generation Performance-Based Seismic Design Guidelines”, Federal Emergency
Management Agency (FEMA).
FEMA-451 (2006), “NEHRP Recommended Provisions: Design Examples”, Federal Emergency
Management Agency (FEMA).
FEMA-P695 (2009), “Quantification of Building Seismic Performance Factors”, Federal Emergency
Management Agency (FEMA).
FEMA-P750 (2009), “NEHRP Recommended Seismic Provisions for New Buildings and Other Structures”,
Federal Emergency Management Agency (FEMA).
Fragiadakis, M., & Papadrakakis, M. (2008). Performance‐based optimum seismic design of reinforced
concrete
structures. Earthquake
Engineering
&
Structural
Dynamics, 37(6),
825-844.
https://doi.org/10.1002/eqe.786
Franchin, P., Petrini, F., & Mollaioli, F. (2018). Improved risk‐targeted performance‐based seismic design
of reinforced concrete frame structures. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 47(1), 49-67.
https://doi.org/10.1002/eqe.2936
Gaxiola-Camacho, J. R., Azizsoltani, H., Villegas-Mercado, F. J., & Haldar, A. (2017). A novel reliability
technique for implementation of performance-based seismic design of structures. Engineering
Structures, 142, 137-147. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.03.076
Gaxiola-Camacho, J. R., Haldar, A., Reyes-Salazar, A., Valenzuela-Beltran, F., Vazquez-Becerra, G. E., &
Vazquez-Hernandez, A. O. (2018). Alternative reliability-based methodology for evaluation of structures
excited
by
earthquakes. Earthquakes
and
Structures, 14(4),
361-377.
https://doi.org/10.12989/eas.2018.14.4.361
Ghobarah, A. (2001). Performance-based design in earthquake engineering: state of
development. Engineering structures, 23(8), 878-884. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00036-0
Giovenale, P., Cornell, C. A., & Esteva, L. (2004). Comparing the adequacy of alternative ground motion
intensity measures for the estimation of structural responses. Earthquake engineering & structural
dynamics, 33(8), 951-979. https://doi.org/10.1002/eqe.386
Hajirasouliha, I., Asadi, P., & Pilakoutas, K. (2012). An efficient performance‐based seismic design method
for reinforced concrete frames. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 41(4), 663-679.
https://doi.org/10.1002/eqe.1150
Kappos, A. J., & Panagopoulos, G. (2004). Performance-based seismic design of 3D R/C buildings using
inelastic static and dynamic analysis procedures. ISET Journal of earthquake technology, 41(1), 141-158.
https://www.iset.org.in/public/publications/60065_444.pdf
Kaveh, A., & Nasrollahi, A. (2014). Performance-based seismic design of steel frames utilizing charged
system
search
optimization. Applied
Soft
Computing, 22,
213-221.
https://doi.org/10.1016/j.asoc.2014.05.012
Kim, S. E., & Truong, V. H. (2020). Reliability evaluation of semirigid steel frames using advanced
analysis. Journal of Structural Engineering, 146(5), 04020064. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943541X.0002616
Krawinkler, H. (1995, January). New trends in seismic design methodology. EUROPEAN CONFERENCE
ON EARTHQUAKE ENGINEERING. https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?ID=111944
Krawinkler, H. (1996, June). A few basic concepts for performance based seismic design. In Proceedings
of 11th World Conference on Earthquake Engineering, Acapulco, Mexico. Paper (No. 1133).
http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/11_1133.PDF
Lehman, D. E., & Moehle, J. P. (2000, January). Performance-based seismic design of reinforced concrete
bridge columns. In Twelfth World Earthquake Engineering Conference (pp. 215-223).
http://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/2065.pdf
Mazzolani, F. M., & Piluso, V. (1997). A simple approach for evaluating performance levels of momentresisting steel frames. Seismic design methodologies for the next generation of codes, 241-252.
Moehle, J. P. (1992). Displacement-based design of RC structures subjected to earthquakes. Earthquake
spectra, 8(3), 403-428. https://doi.org/10.1193/1.1585688
Nikolic-Brzev, S., & Stojadimovic, B. (1999). Performance-based seismic evaluation of concrete flat slab
structures. In Proceedings of 8th Canadian Conference on Earthquake Engineering. Vancouver: Canadian
Association for Earthquake Engineering (pp. 433-8).
Ozkul, T. A., Kurtbeyoglu, A., Borekci, M., Zengin, B., & Kocak, A. (2019). Effect of shear wall on seismic
performance
of
RC
frame
buildings. Engineering
Failure
Analysis, 100,
60-75.
https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.032
Priestley, M. J. N. (1997). Displacement-based seismic assessment of reinforced concrete buildings. Journal
of earthquake engineering, 1(01), 157-192. https://doi.org/10.1142/S1363246997000088
Razavi, M., & Abolmaali, A. (2014). Earthquake resistance frames with combination of rigid and semi-rigid
connections. Journal of Constructional Steel Research, 98, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2014.02.006
Reinhom, A. M. (1997). Inelastic analysis techniques in seismic evaluations. Seismic design methodologies
for the next generation of codes, 277-287.
Roldán, R., Sullivan, T. J., & Della Corte, G. (2016). Displacement-based design of steel moment resisting
frames with partially-restrained beam-to-column joints. Bulletin of Earthquake Engineering, 14(4), 10171046. https://doi.org/10.1007/s10518-016-9879-6
Sakurai, S., Ellingwood, B. R., & Kushiyama, S. (2001). Probabilistic study of the behavior of steel frames
with
partially
restrained
connections. Engineering
Structures, 23(11),
1410-1417.
https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00052-9
Sasani, M. (1998). A two-level-performance-based design of reinforced concrete structural walls.
In Proceedings of 6th US National Conference on Earthquake Engineering, EERI: Oakland, CA.
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.583.8301&rep=rep1&type=pdf
SEAOC Vision 2000 (1995). Performance Based Seismic Engineering of Buildings, vols. I and II. Structural
Engineers Association of California (SEAOC).
Seo, J., Hu, J. W., & Davaajamts, B. (2015). Seismic performance evaluation of multistory reinforced
concrete moment resisting frame structure with shear walls. Sustainability, 7(10), 14287-14308.
https://doi.org/10.3390/su71014287
Tjhin, T. N., Aschheim, M. A., & Wallace, J. W. (2007). Yield displacement-based seismic design of RC
wall buildings. Engineering Structures, 29(11), 2946-2959. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.10.022
Wen, Y. K. (2001). Reliability and performance-based design. Structural safety, 23(4), 407-428.
https://doi.org/10.1016/S0167-4730(02)00011-5
Zameeruddin, M., & Sangle, K. K. (2016, May). Review on Recent developments in the performance-based
seismic design of reinforced concrete structures. In Structures (Vol. 6, pp. 119-133). Elsevier.
https://doi.org/10.1016/j.istruc.2016.03.001
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