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Alcance y Requerimientos Norma Chilena
NCh2745.Of2003: Análisis y Diseño de
Edificios con Aislación Sísmica
Rodrigo Retamales Saavedra, PhD Ingeniero Civil Universidad de Chile
17 de Mayo de 2012
Contenidos
• Porque usamos aislación sísmica?
• Alcance de la norma
• Requerimientos de la norma
• Propuesta de modificación
• Conclusiones
2
3
Núcleo de Plomo
(Provee rigidez y
amortiguamiento)
Capas de acero y
goma vulcanizadas
Placa de montaje
Edificio con Aislación
Sísmica
Edificio sin Aislación
Sísmica
Cubierta de
protección
Ozono y UV
Alargamiento de periodo
Aumento de amortiguamiento
Registros U. de Chile: http://terremotos.ing.uchile.cl
¿Por qué Aislación Sísmica?
4
Ensayos efectuados en Universidad de California, San Diego
Videos disponibles en www.dis-inc.com
¿Por qué Aislación Sísmica?
5 Video Cortesía K. Saito
Terremoto
Tohoku Japón
Mw=9
Edificio Shimizu
Corporation
Fuente: USGS
¿Por qué Aislación Sísmica?
6
Extensa investigación…
Ensayos E-Defense: Agosto 2011
Fotos cortesía de: www.dis-inc.com
7
Extensa investigación…
Ensayos E-Defense: Efectuados en Agosto 2011
Fotos cortesía de: www.dis-inc.com
8
Investigaciones en desarrollo
Ensayos efectuados en Universidad de Nevada, Reno
Video cortesía de:
9
Investigaciones en desarrollo
Ensayos efectuados en Universidad de Nevada, Reno
Video cortesía de:
10
Alcance NCh2745
• La norma NCh2745.Of2003 establece los
requisitos parar el análisis y diseño sísmico de
edificios con aislación sísmica
• Establece requisitos para el diseño de los
sistemas no estructurales del edificio
• Establece los requisitos de ensayo para los
aisladores sísmicos
11
• Define procedimientos de análisis – Análisis estático
– Análisis dinámico (modal o respuesta en el tiempo)
• Espectro de aceleraciones compatible con desplazamientos – Sismo de diseño: PE 10% en 50 años
– Sismo máximo: PE 10% en 100 años
Aislación Sísmica: Diseño
según Norma NCh2745.Of2003
12
• Estructuras ubicadas a más de 10 Km de fallas
activas
• Suelos tipo I o II (A y B según clasificación DS61)
• Estructuras de menos de 5 pisos o menos de 20 m
de altura
• TM < 3.0 seg
• TD > 3 * TBase Fija
• Superestructura regular
Aislación Sísmica: Análisis
Estático
13
DD
D
CD
B
200 [ ],
300 [ ],
330 [ ],
D
Z mm para Suelo Tipo I
C Z mm para Suelo Tipo II
Z mm para Suelo Tipo III
En centro de masa:
2 2
121TD D
eD D y
b d
En esquina: bD ó bM %
BD o BM
Suelo Tipo I,
II y III
<2 0.65
5 1.00
10 1.37
15 1.67
20 1.94
25 2.17
30 2.38
>50 3.02
Zona
Sísmica Z
1 3/4
2 1
3 5/4
Donde:
Aislación Sísmica: Análisis
Estático
maxb D DV k D
Rigidez máxima para el
desplazamiento de diseño maxDk
Base y Subestructura:
1R
Donde:
Superestructura: maxD Ds
i
k DV
R
2iR
0.002
M
DMM
B
CMD
14
Aislación Sísmica: Análisis
Dinámico
15
Aislación Sísmica: Análisis
Dinámico
16
• Para carga vertical promedio D+0.5L: – 20 ciclos de inversión completos para cargas de viento
– 3 ciclos a 0.2DD, 0.5DD, 1.0DD, 1.0DM y 1.0DTM, donde
• DD = Desplazamiento de diseño
• DM = Desplazamiento para sismo máximo
• DTM es igual a DM más torsión
– No menos de 10 ciclos a 1.0DTD
• Para aisladores que forman parte del sistema gravitacional, se repiten los ensayos anteriores considerando las siguientes cargas verticales: – 1.2 D+0.5L+|E|Prom SMP y
– 0.8D-|E|Prom SMP
Aislación Sísmica: Ensayos
de Aisladores de Prototipo
17
• Los aisladores que forman parte del sistema gravitacional se deben ensayar, además, para la carga vertical máxima y para el desplazamiento total máximo: – 1.2 D+1.0L+|E|Max SMP y
– 0.8D-|E|Min SMP
Aislación Sísmica: Ensayos
de Aisladores de Prototipo
18
• Criterios de aceptación: – Incremento positivo de la capacidad de carga
– Para cada desplazamiento indicado
• No existe diferencia mayor al 10% entre la rigidez efectiva de cada ciclo y el valor promedio
• No existe diferencia mayor al 10% entre la rigidez efectiva promedio de los dos aisladores prototipo del mismo tamaño
– Para cada par de aisladores no hay un cambio de la rigidez efectiva inicial mayor a 20% para un numero de ciclos no menor a 10
– Para cada par de aisladores no hay una reducción del amortiguamiento efectivo inicial mayor a 20% para un numero de ciclos no menor a 10
– Todas las probetas permanecen estables para el desplazamiento máximo total y carga axial máxima
Aislación Sísmica: Ensayos
de Aisladores de Prototipo
19
Los ensayos deben ser ejecutados por laboratorio certificado que
cumpla con requisitos de calibración ASTM E4
En relación a los ensayos de aisladores de obra, la norma no es
explícita. No obstante, la buena práctica nacional ha considerado el
ensayo de la totalidad de los aisladores de obra
Aislación Sísmica: Ensayos
20
Ensayo para cargas de viento Ensayo para 0.2DD
Aislación Sísmica: Ensayos
Ensayo para 1DD Ensayo para 0.5DD
21
Ensayo para 1DTM Ensayo para 10 ciclos a 1.0DTD
Aislación Sísmica: Ensayos
22
Ensayo de estabilidad bajo carga máxima y
desplazamiento máximo creíbles
Aislación Sísmica: Ensayos
23
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Displacement (cm)
Forc
e (
Tonf)
Theoretical and Experimental Hysteresis Loops
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50Shear Modulus vs Total Strain
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Total Strain (%)
G (
kgf/
cm
2)
Aislación Sísmica: Ensayos
de Laboratorio
24
• Rigidez vertical mínima del sistema de aislación:
• Capacidad de restitución mínima:
• El sistema de aislación no debe presentar gran degradación:
Otros requisitos
fV ≥ 10 Hz
FDT ≥ 0.025W + F0.5DT
KD ≥ 1/3*K0.2D
25
Propuesta de modificación
• Rodrigo Retamales (Presidente)
• Mario Álvarez (Vice-Presidente)
• Cristina Barría (Secretaria Técnica)
• José Luis Almazán
• Marcial Baeza
• Patricio Bonelli
• Rubén Boroschek
• Leopoldo Breschi
• Pedro Hidalgo
• Andres Jacobsen
• Juan Carlos de la Llera
• Diego López-García
• María Ofelia Moroni
• Henry Sady
• Rodolfo Saragoni
• Mauricio Sarrazín
26
Cronología
• En mayo de 2011 la División Técnica de Estudio
y Fomento Habitacional del MINVU (DITEC)
solicita al Instituto de la Construcción la
conformación de un Comité dedicado a
actualizar la norma NCh2745.Of2003
• En junio de 2011 se constituye un comité que se
asigna un plazo de 2 meses para la revisión de
la norma
• En octubre de 2011 se inicia la discusión y
análisis de las observaciones recibidas
27
Cronología
• En agosto de 2012 se entrega la norma
actualizada a DITEC
• En diciembre de 2012 ingresa al INN, donde se
prepara actualmente el documento para el
proceso de consulta pública
28
Principales Modificaciones y
Aclaraciones
• Clasificación de suelos
• Espectros de sitio
• Factores de modificación de la respuesta
• Cortes basales mínimos de diseño
• Detallamiento de las estructuras
• Procedimientos de control de calidad
• Requisitos para estructuras aisladas con
péndulos friccionales
29
Clasificación de Suelos
• Desarrollada por los Profesores R. Verdugo,
M. Ruz y C. Ledezma
• Se mantienen los mismos espectros pero se
incluye la siguiente “homologación” de suelos
• Para estructuras ubicadas en Suelos Tipo E o
F se requiere espectros específicos de sitio
Suelo Según
NCh433
Suelo Según
NCh433 of 96
𝑻𝒂
s
𝑻𝒃
s
𝑻𝒄
s
𝑻𝒅
s
𝑻𝒆
s
𝑻𝒇
s
𝜶𝑨 A
cm/s2
𝜶𝑽V,
cm/s
𝜶𝑫D
cm
A I 0,03 0,11 0,29 2,51 10 33 1 085 50 20
B II 0.03 0,20 0,54 2,00 10 33 1 100 94 30
C y D III 0.03 0,375 0,68 1,58 10 33 1 212 131 33
30
Espectros de Sitio
• Los registros del periodo 1985-2010 muestran
que los espectros de la NCh2745 son
aplicables a estructuras aisladas con periodo
TM hasta 3.5 s
31
Espectros de Sitio
32
Espectros de Sitio
33
Espectros de Sitio
34
Espectros de Sitio
35
Espectros de Sitio
36
Espectros de Sitio
37
Espectros de Sitio
38
Factores de Modificación de
la Respuesta
• Se permite el uso de un factor de modificación
de la respuesta Rb ≤ 1.5 para el diseño de la
subestructura
• El uso de este factor se fundamenta en las
sobrerresistencias intrínsecas de los
procedimientos de diseño considerados (W2-3)
• Para el diseño de la superestructura se
continuará utilizando un factor de modificación
de la respuesta Rs ≤ 2
39
Limitaciones al corte de
diseño
• El corte de diseño de la superestructura no
debe ser menor que el requerido por la norma
NCh433, determinado considerando I=1 (para
todo tipo de estructura) y S=1 (para todo tipo de
suelo)
• El corte de diseño no necesita ser mayor que el
corte elástico
40
Detallamiento estructural
Subestructura
• Los pórticos ubicados bajo el sistema de
aislación deben diseñarse como pórticos
especiales mientras no se transfiera el 80% del
corte sísmico a los muros perimetrales
• Una vez efectuado el traspaso del corte a los
muros perimetrales, los pórticos se pueden
diseñar como pórticos intermedios
41
Detallamiento estructural
Superestructura
• Para las estructuras de pórticos se podrán
considerar los requisitos para pórticos
intermedios
• Para estructuras con muros se deberá evaluar
caso a caso la necesidad de incorporar
elementos de borde
42
Diseño de Componentes y
Sistemas No Estructurales
• La fuerza sísmica horizontal de diseño no debe
ser menor que la respuesta dinámica máxima
del elemento
• Alternativamente:
– Usar ecuaciones (8-1) a (8-4) de la norma NCh433,
con Fk determinado de acuerdo con NCh2745
– Usar normativa vigente para el diseño sísmico de
componentes y sistemas no estructurales (NTM-001)
• La fuerza sísmica vertical de diseño no debe
ser menor que ± 0.24 aAA Wp/g
43
Ensayos de Control de
Calidad
• Se incorporan requisitos de control de calidad
para aisladores elastoméricos y péndulos
friccionales
• Para aisladores elastoméricos, se exige el
ensayo del 100% de los aisladores de obra
• Para aisladores friccionales, se exige el ensayo
del 15% de los dispositivos a instalar en la
estructura. En ningún caso el número de
dispositivos a ensayar será inferior a 4
• Otros dispositivos, a definir por el diseñador
44
Separaciones entre
Estructuras
• La separación entre una estructura aislada y los
muros de contención u otras obstrucciones no
debe ser menor que DTM
• La separación entre dos estructuras no debe
ser menor a √(DTM12+DTM2
2)
• Para estructuras no aisladas, el desplazamiento
total se determina como u=1.3Sde(Tn), donde
Tn corresponde al periodo agrietado de la
estructura
45
Estructuras Aisladas con
Péndulos Friccionales
• El diseño de sistemas de aislación sísmica
basados en péndulos friccionales debe
efectuarse utilizando análisis de respuesta en
el tiempo
• Se debe considerar la componente vertical de
los registros en diseño
• Los desplazamientos DTM y DTD se pueden
considerar iguales a DM y DD, respectivamente
𝐷𝑇𝐷 = 𝐷𝐷 1 + 𝑦
12𝑒
𝑏2 + 𝑑2 𝐷𝑇𝑀 = 𝐷𝑀 1 + 𝑦
12𝑒
𝑏2 + 𝑑2
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Otros Aspectos Revisados
• Se clarifica que el diseño de los aisladores y
de sus insertos a hormigón debe efectuarse
para el SMP y DTM
• Se clarifica el análisis P-D a considerar:
– Para aisladores elastoméricos se debe considerar
un momento P*D/2 actuando en los elementos
sobre y debajo del aislador
– Para deslizadores se debe considerar un momento
P*D actuando sobre los elementos que conectan la
superficie de deslizamiento
47
Otros Aspectos Revisados
• Se clarifica el análisis P-D a considerar:
(Cont’d)
– En ambos casos P corresponde a la carga axial
debida al sismo de diseño y D es el desplazamiento
total de diseño
48
Conclusiones
• La tecnología de aislación sísmica ha sido probada por
terremotos como los de Tohoku Japón (2011), Nueva
Zelandia (2011), Chile (2010), Northridge EEUU (1994),
etc.
• Chile cuenta con cerca de medio centenar de
estructuras aisladas
• Las oficinas de ingeniería están incorporando en sus
diseños tecnologías de protección sísmica
• La normativa proporciona un marco de referencia para
el diseñador
• La tecnología de aislación sísmica permite proteger la
inversión y la continuidad de operación del propietario
Gracias!
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