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PERFIL BIO SISMICO

Un método de calificación sísmica de edificios

Tomás Guendelman

UTFSM

OCTUBRE 2014

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¿POR QUÉ ES NECESARIA LA CALIFICACION SISMICA DE

EDIFICIOS?

La norma NCh433, en sus distintas versiones, permite el uso de un modelo lineal de análisis, que no brinda certeza respecto del cumplimiento de la filosofía que inspira a dicha normativa.

El estudio formal del comportamiento sísmico de una estructura requeriría el uso de modelos teóricos no lineales.

Sin embargo, con el apoyo de la experiencia acumulada, es posible, a partir de los análisis normativos, detectar aspectos que han originado un satisfactorio comportamiento de los edificios chilenos en sismos pasados.

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¿COMO SE REALIZA?

A través de “indicadores sísmicos”.

Algunos de ellos están relacionados entre sí, sin embargo no se han eliminado, debido a que detectan, con diferente sensibilidad, diversos problemas de estructuración.

Los valores de los indicadores sísmicos provienen del análisis sísmico normativo.

Los rangos de valores de dichos indicadores se obtuvieron de la experiencia chilena, a partir de una muestra constituida por 585 edificios reales construidos en el país, que generaron 1170 casos de estudio.

Trabajos posteriores confirmaron la factibilidad de utilización de rangos en edificios de gran altura (rascacielos).

3

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INDICADORES DELPERFIL BÍO-SÍSMICO DE EDIFICIOS

BASE DE DATOS

INDICADORES SISMICOS

• de Rigidez

• de Acoplamiento

• de Redundancia Estructural y Demanda de Ductilidad

55

0 -

5

5 -

10

10

- 1

5

15

- 2

0

20

- 2

5

25

- 3

0

30

- 3

5

35

- 4

0

40

- 4

5

45

- 5

0

50

- 6

0

60

- 8

0

80

- 1

00

10

0 -0

100

200

300

400

284

380

248

166

68

182 2 2 4 4 2

Casos de EstudioPerfil Original

Edificios Altos

Número de Pisos

Nú

mer

o d

e C

aso

s

585 Edificios1170 Casos de Estudio

12 Edificios Altos24 Casos de Estudio de Edificios Altos

66

Taipéi 101, Taiwán Torres Petronas, Kuala Lumpur

RASCACIELOS EN CHILE Y EN EL MUNDO

Central Plaza, Hong Kong

Torre 2 Costanera Center, Santiago

Edificio Titanium, SantiagoTorre Jin Mao, Shanghái

77

0

20

40

60

80

100

120

140

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Alt

ura

[m

]

Periodo [s]

Altura vs. Periodo

H/T=150H/T=70

H/T=30

H/T=20

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Altu

ra [

m]

Periodo [s]

Altura vs. Periodo

H/T=150H/T=70

H/T=30

H/T=20

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Valores dentro de rangos normales.

Valores aceptables ligeramente apartados de rangos normales.

1 H/T [m/s] 30 - 70 20 - 30 y 70 - 150

2 M P-Δ/M volc. basal directo 0 - 0,1

3 1000·δ/H 0,2‰ - 2,0‰ 0‰ - 0,2‰

4 1000·δcentro gravedad/h 0,2‰ - 2,0‰ 0‰ - 0,2‰

5 1000·δextremo/h 0‰ - 1,0‰

6 T rotacional/T traslacional 0 - 0,8 y 1,2 - 1,5 0,8 - 1,2 y 1,5 - 2,0

7 Masa eq. rot. acoplada/Masa eq.trasl. directa 0 - 0,2 0,2 - 0,5

8 (M torsor basal/Q basal)/r basal 0 - 0,2 0,2 - 0,5

9 Masa eq. trasl. acoplada/Masa eq. trasl. directa 0 - 0,5 0,5 o más

10 Q basal acoplado/Q basal directo 0 - 0,5 0,5 o más

11 Mvolc. basal acoplado/Mvolc. basal directo 0 - 0,5 0,5 o más

12 Número Ejes Resistentes más de 3 2 - 3

13 R** inferior a 3 3 - 7

Acoplamiento Traslación-Rotación y Traslación-Traslación

Redundancia Estructural y Demanda de Ductilidad

Rigidez

Indicadores del Perfil Bío-Sísmico

INDICADORES Y SUS RANGOS

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PERFIL BIO-SISMICO : EDIFICIO 17 PISOS

Valores dentro de rangos normales Valores aceptables ligeramente Valores fuera de rangoapartados de rangos normales

INDICADORES SISMICOS SISMO X SISMO Y CALIFICACION DE VALORES

RIGIDEZ

1.-Altura Total / Período Traslacional (m/seg) 42,974 121,633 0 20 30 70 150

2.-Efecto P- (MP- / Mb) 0,011 0,002 0 0.1

3.-Desplazamiento total nivel superior (1000/H) 0,493 0,179 0 0.2 2

4.-Máx. desplaz. de entrepiso en centros de gravedad (1000cg/h) 0,763 0,257

0 0.2 2

5.-Máx. desplaz. de entrepiso en puntos extremos (1000ext/h) 0,647 0,844

0 1

ACOPLAMIENTO TRASLACION - ROTACION Y TRASLACION - TRASLACION

6.-Período Rotacional / Período Traslacional 0,836 2,366 0 0.8 1.2 1.5 2

7.-Masa Eq. Rotac. Acoplada / Masa Eq. Traslac. Directa 0,097 0,564 0 0.2 0.5

8.-Excentricidad Dinámica (Mt/Qb) / Radio de Giro Basal 0,263 0,399 0 0.2 0.5

9.-Masa Eq. Trasl. Acoplada / Masa Eq. Trasl. Directa 0,079 0,029 0 0.5

10.-Corte Basal Acoplado / Corte Basal Directo 0,133 0,109 0 0.5

11.-Mto. Volcante Basal Acoplado / Mto. Volcante Basal Directo 0,107 0,039 0 0.5

REDUNDANCIA ESTRUCTURAL Y DEMANDA DE DUCTILIDAD

12.-Nº de elementos relevantes en la resistencia sísmica 5 4 0 2 3

13.-Factor de Reducción Espectral Efectivo (R**) 2,505 3,126 0 3 7

XY

XY

XY

XY

XY

XY

XY

XY

XY

XY

X

X

Y

Y

XY

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SUGERENCIAS

RIGIDEZ

•Verificar que el cuociente H/T sea igual o superior a 30 m/seg.

•El rango de valores característico de la construcción chilena se ubica en torno a H/T = 70 m/seg.

•Verificar que el momento volcante basal debido al efecto P-∆ sea inferior, o a lo sumo igual, al 10% del momento volcante basal debido a las solicitaciones sísmicas.

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ACOPLAMIENTO

•Lograr estructuraciones que separen los modos fundamentales de manera tal que el cuociente entre períodos fundamentales se aleje de la unidad, en alrededor de un 20%.

•Procurar que el periodo torsional sea menor que los periodos traslacionales.

•Lograr estructuraciones que originen efectos indirectos menores o iguales al 50% de los efectos directos.

•Lograr que, en cualquier piso, la excentricidad dinámica no supere el 50% del radio de giro del mismo piso.

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REDUNDANCIA Y DUCTILIDAD

• Disponer de no menos de tres líneas resistentes en cada dirección de análisis.

• Valores de R** iguales o inferiores a 3, no requieren estudios complementarios al análisis normativo.

• Valores de R** comprendidos entre 3 y 7, podrán requerir el estudio del desempeño estructural mediante procedimientos no lineales aproximados tipo "push-over".

• Valores de R** superiores a 7, podrán requerir el estudio del desempeño estructural mediante procedimientos no lineales refinados.

• Verificar que el valor resultante de R** sea efectivamente provisto en el diseño.

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DENSIDAD DE MUROS

•Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de los elementos resistentes sea mayor o igual al 2% de la superficie de la losa de cielo de dicho piso.

•Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de los elementos resistentes sea mayor o igual al 1‰ de la superficie de losas de cielo superiores acumuladas hasta dicho piso.

•En edificios de hormigón armado, se debe verificar que el desplazamiento lateral en el techo, δu=1.3Sde(Tag), sea inferior, o a lo sumo igual, al 7‰ de la altura total del edificio.

•En edificios de materiales que no aceptan agrietamiento, la expresión se modifica a δu=1.3Sde(T), pero se mantiene el requisito que limita este valor al 7‰ de la altura total del edificio.

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REFERENCIAS

• T.Guendelman, M. Guendelman, J. Lindenberg, "Perfil Bío-Sísmico de Edificios”, VII Jornadas Chilenas de Sismología e Ingeniería Antisísmica y Primer Congreso Iberoamericano de Ingeniería Sísmica, La Serena, Chile,1997.

• R. Henoch, J. Lindenberg, T. Guendelman y M. Guendelman, “PERFIL BIO-SISMICO DE RASCACIELOS”, X Congreso Chileno de Sismología e Ingeniería Antisísmica, Santiago, Mayo 2010.