nch2745-2003 análisis y diseño de edificios con aislación sísmica

7/27/2019 nch2745-2003 anlisis y diseo de edificios con aislacin ssmica

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I

Contenido

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Prembulo VI

0 Introduccin 1

1 Alcance y campo de aplicacin 2

2 Referencias normativas 2

3 Trminos y definiciones 4

4 Smbolos y trminos abreviados 10

5 Generalidades 18

6 Criterio de seleccin 23

6.1 Bases de diseo 23

6.2 Estabilidad del sistema de aislacin 23

6.3 Categoras de destino 24

6.4 Requisitos de configuracin 24

6.5 Seleccin de procedimientos de respuesta lateral 24

7 Procedimiento de anlisis esttico 32

7.1 Generalidades 32

7.2 Caracterstica fuerza-deformacin del sistema de aislacin 32

7.3 Desplazamientos laterales mnimos 44

7.4 Fuerzas laterales mnimas 49


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II

Contenido

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7.5 Distribucin de fuerzas en vertical 50

7.6 Lmite de desplazamiento de entrepiso 51

8 Procedimiento de anlisis dinmico 52


8.2 Sistema de aislacin y elementos de la subestructura 52

8.3 Elementos estructurales de la superestructura 53

8.4 Movimiento del suelo 53

8.5 Modelo matemtico 56

8.6 Descripcin de los procedimientos de anlisis 59

8.7 Fuerza lateral de diseo 62

8.8 Lmites de desplazamiento de entrepiso 63

9 Carga lateral en elementos de estructuras y en los componentes noestructurales soportados por estructuras 64


9.2 Fuerzas y desplazamientos 64

10 Requisitos detallados de los sistemas 65


10.2 Sistema de aislacin 65

10.3 Sistema estructural 71

11 Estructuras que no forman parte de edificaciones 72


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III

Contenido

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12 Fundaciones 72

13 Revisin de diseo y construccin 72


13.2 Sistema de aislacin 73

14 Ensayos requeridos para el sistema de aislacin 74


14.2 Ensayos de los prototipos 74

14.3 Determinacin de las caractersticas fuerza-deformacin 78

14.4 Aprobacin del sistema 79

14.5 Propiedades para el diseo del sistema de aislacin 80

Anexos

Anexo A (informativo) Bibliografa 85

Figuras

Figura 1 Espectro base de diseo para zona 2 y los tres tipos de suelos (= 0,05) 54

Figura C.1 Probabilidad de excedencia de un nivel de aceleracin mxima delsuelo para tres sitios en suelo duro, en zonas ssmicas 3, 2 y 1,respectivamente, en lapsos de 50 y 100 aos 6

Figura C.2 Modo fundamental de un edificio aislado 8

Figura C.3 Cortes de entrepiso para un marco plano aislado de 5 pisos y distintosniveles de razn de amortiguamiento en el sistema de aislacin 9


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IV

Contenido

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Figura C.4 Reduccin promedio de aceleraciones para estructuras aisladas deperodo objetivo 2,5 s, sometidas a los registros chilenos del terremoto de 1985indicados en C8.4.2 9

Figura C.5 Requerimiento de rigidez para realizar anlisis esttico lateralequivalente 30

Figura C.6 Ciclo fuerza-deformacin de una pareja de aisladores de bajoamortiguamiento LDR 33

Figura C.7 Ciclo fuerza-defornacin de una pareja de aisladores con corazn deplomo LRB 34

Figura C.8 Ajuste de un modelo bilineal al ciclo fuerza-deformacin de una parejade aisladores LRB 35

Figura C.9 Curva fuerza-deformacin de una pareja de aisladores de altoamortiguamiento HDR 36

Figura C.10 Definicin de modelo bilineal de una pareja de aisladores de altoamortiguamiento HDR 37

Figura C.11 Descenso del aislador como resultado de la deformacin lateral 40

Figura C.12 Mecanismos tpicos de aislacin friccional y relaciones constitutivasfuerza-deformacin 41

Figura C.13 Variacin del coeficiente de friccin dinmicod

con la velocidad y

presin de contacto 43

Figura C.14 Variacin observada de los coeficientes de roce.mx.mn

, ys

,

como funcin de la presin de contacto43

Figura C.15 Factor de modificacin de respuesta para suelo tipo II obtenido apartir de registros compatibles 45

Figura C.16 Deformada instantnea del edificio aislado FCC (Fire Command &Control Building) durante el sismo de Northridge, 1994 51

Figura C.17 Definicin del espectro de diseo de pseudo-aceleracin 54


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V

Contenido

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Figura C.18 Registros sintticos compatibles con los espectros de diseo para= 0,5. Ellos fueron obtenidos a partir de una componente de registros reales

en suelos I, II y III 55

Figura C.19 Amplificacin de registros y combinacin de componentes 56

Figura C.20 Definicin de la zona de independencia de velocidad de carga paraun aislador 76

Figura C.21 Clculo de la rigidez efectiva (secante) mxima y mnima para una

pareja de aisladores elastomricos 80

Figura C.22 Efecto de la carga axial sobre la curva fuerza-deformacin medida enun aislador FPS 81

Tablas

Tabla 1 Coeficiente de destino de la estructura 83

Tabla 2 Factores de modificacin de respuesta por amortiguamiento,D

B yM

B 83

Tabla 3 Factor de amplificacin para el sismo mximo posible (Probabilidad deexcedencia del PGA igual a 10% en 100 aos) 84

Tabla 4 Factor de reduccin para el diseo de la superestructura 84

Tabla 5 Factor que depende de la zonificacin ssmica definida en NCh433 84

Tabla 6 Definicin del espectro de diseo, SDI 84

Tabla C.1 Valor del coeficiente a 45

Tabla C.2 Factores de modificacin de respuesta por amortiguamiento,D

B yM

B

(UBC) 46

Tabla C.3 Irregularidades verticales estructurales 57

Tabla C.4 Irregularidades estructurales en planta 58

Tabla C.5 Resumen de propiedades mecnicas de la pareja de aisladores deFigura C.21 para = 100% (columnas 3 a 6) 80


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VI

NORMA CHILENA OFICIAL NCh2745.Of2003

Anlisis y diseo de edificios con aislacin ssmica

Prembulo

El Instituto Nacional de Normalizacin, INN, es el organismo que tiene a su cargo el

estudio y preparacin de las normas tcnicas a nivel nacional. Es miembro de laINTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION

PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esosorganismos.

La norma NCh2745 ha sido preparada por la Divisin de Normas del Instituto Nacional deNormalizacin, y en su estudio participaron los organismos y personas naturalessiguientes:

Arze, Recin y Asociados Ivn Darrigrande E.

Inst ituto Nacional de Normalizacin, INN Pedro Hidalgo O.Agnes Leger A.

Marcial Baeza S. y Asociados Marcial Baeza S.Pont if icia Universidad Catlica de Chile Juan C. De la Llera M.

Christian Ledezma A.Carl Lders Sch.

RCP Ingeniera Ltda. Rodrigo Concha P.

Universidad de Chile Rubn Boroschek K.M. Ofelia Moroni Y.

Rodolfo Saragoni H.Mauricio Sarrazn A.

Universidad Tcnica Federico Santa Mara Patricio Bonelli C.VMB Ingeniera Estructural S.A. Leopoldo Breschi G.

Esta norma se estudi para establecer las disposiciones exigibles al anlisis y diseo de

edificios que cuentan con un dispositivo de aislacin ssmica.


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VII

Por no existir Norma Internacional (ISO), en la elaboracin de esta norma se ha tomado enconsideracin el Cdigo Uniform Building Code, la norma NCh432.Of1971Clculo de la

accin del viento sobre las const rucciones y la norma NCh433.Of1996 Diseo ssmico de

edificios, as como antecedentes tcnicos proporcionados por el Comit Diseo Ssmico.

El Anexo A no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta slo a ttulo informativo.

Con el propsito de entregar informacin adicional y aclaratoria a los requisitos contenidos

en las clusulas y subclusulas de esta norma, el Comit Diseo Ssmico ha decididoincluir los comentarios (C) en una columna separada del texto de norma. Para tal efecto,

el comentario se designa mediante la letra C que antecede a la numeracin de la clusulao subclusula que alude, la que se destaca con una doble barra de color gris. Los

comentarios no forman parte del cuerpo de la norma, se insertan slo a ttulo informativo.

Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalizacin, ensesin efectuada el 29 de mayo de 2003.

Esta norma ha sido declarada Oficial de la Repblica de Chile por Decreto N243, de fecha

20 de noviembre de 2003, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el DiarioOficial del 09 de diciembre de 2003.


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NORMA CHILENA OFICIAL NCh2745.Of2003

Anlisis y diseo de edificios con aislacin ssmica

0 Introduccin

0.1El proyecto de norma que sirvi de base a la discusin de esta norma fue el resultadodel trabajo del Grupo N 5 de la Asociacin Chilena de Sismologa e Ingeniera Ssmica,ACHISINA, Proteccin Ssmica: Aislacin Ssmica y Disipacin de Energa, desde su

creacin en el ao 1999. El proyecto contiene la traduccin, comentario, y adaptacin delcdigo Uniform Building Codedel ao 1997 a la realidad ssmica chilena. En lo posible, este

documento fue compatibilizado adems con la norma chilena NCh433.Of1996 Diseo

ssmico de edif icios. Esto no fue una tarea sencilla debido a que el diseo de estructurasaisladas se basa principalmente en criterios de desempeo que no son consistentes con lafilosofa de NCh433.Of1996 vigente.

0.2Tal vez una de las lecciones ms significativas que dej la terrible experiencia ocurridaen los terremotos de Northridge (1994) y Kobe (1995), fue el exitoso comportamientossmico de las estructuras con aislacin basal. Este resultado ha ocasionado una explosin

en el desarrollo y uso de los sistemas de aislacin en Japn, y en menor medida enCalifornia. Frente a esta rpida evolucin de la Ingeniera Ssmica en el mundo hacia el uso

de sistemas de reduccin de vibraciones, en particular, de aislacin ssmica, se tornanecesario complementar los cdigos ssmicos actualmente existentes con requisitosespecficos para estructuras aisladas. Esta necesidad es compartida por los distintos

agentes involucrados en el desarrollo y ejecucin de proyectos civiles: inmobiliarias,constructoras, fabricantes, proyectistas, y usuarios, quienes favorecen el concepto de la

aislacin ssmica, pero que requieren como respaldo, un estndar mnimo para el diseo yconstruccin de estas estructuras.


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0.3 Aunque en principio la idea de traducir y adaptar un cdigo existente pareci unatarea sencilla, el tiempo y esfuerzo involucrado en este trabajo ha demostrado lo

contrario. Especialmente laborioso ha sido el desarrollo de un comentario, que si bien

puede ser an pulido considerablemente, incluye aspectos relevantes que en opinin delComit pueden ayudar eficazmente a la comprensin de los conceptos fundamentales delcomportamiento ssmico de estructuras aisladas como tambin a aspectos muy concretos

de su diseo.

0.4Las disposiciones de esta norma no pueden garantizar por s solas un buencomportamiento ssmico de las estructuras aisladas. Esto se debe a que este

comportamiento est influido por la forma de dimensionamiento o diseo de los elementosestructurales, la cual depende de la norma de diseo del material correspondiente, y

particularmente, por la forma en que se ejecut la construccin del edificio. A esto sedebe agregar que la capacidad y seguridad ssmica de la estructura y elementos no

estructurales se ven afectados por el nivel de deterioro a que se ve expuesto el edificio, alas modificaciones que eventualmente se realicen durante su vida til y por la severidad y

caractersticas del evento ssmico.

1 Alcance y campo de aplicacin

Esta norma establece requisitos para el anlisis y diseo ssmico de edificios con aislacinssmica. Tambin establece requisitos para el diseo de los elementos no estructuralessoportados por el edificio y los ensayos requeridos para el sistema de aislacin. Esta

norma no incluye el diseo ssmico de edificios que usan disipadores de energa en la

superestructura.

2 Referencias normativas

Los documentos normativos siguientes contienen disposiciones que, a travs de

referencias en el texto de la norma, constituyen requisitos de la norma.

A la fecha de publicacin de esta norma estaba vigente la edicin que se indica a

continuacin.

Todas las normas estn sujetas a revisin y a las partes que deban tomar acuerdos,basados en esta norma, se les recomienda investigar la posibilidad de aplicar las ediciones

ms recientes de las normas que se incluyen a continuacin.

NOTA - El Instituto Nacional de Normalizacin mantiene un registro de las normas nacionales e internacionales

vigentes.

NCh432.Of1971 Clculo de la acc in del vient o sobre las const rucciones.NCh433.Of1996 Diseo ssm ico de edif ic ios.

NCh1537.Of1986 Diseo est ruc tu ral de edific ios - Cargas permanent es y sobrecargade uso.

NCh1928.Of1993 A lbailera armada - Requisi tos para el d iseo y clculo.


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NCh2123.Of1997 A lbailera con f inada - Requisit os de diseo y clculo.

ACI 318 Building Code Requirements f or Struct ural Concrete, 20 02 .

AISC 2000 Seismic Previsions f or Struc tu ral Steel Buildings, Supplement N2,

2000 .UBC: 1997 Unif orm Building Code.


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3 Trminos y definiciones

Para los propsitos de esta norma, se aplican lostrminos y definiciones siguientes:

C3 Trminos y definiciones

3.1 aislador:elemento estructural del sistema deaislacin que es horizontalmente flexible y

verticalmente rgido y que permite grandesdeformaciones laterales bajo solicitacin ssmica. Esun elemento que se puede utilizar como parte del, o

adicionalmente al, sistema de carga gravitacional dela estructura

C.3.1 Tpicamente, la rigidez vertical mnimadel sistema de aislacin es tal que la

frecuencia de vibracin propia de la estructura

en sentido vertical, suponiendo una

superestructura rgida, debe superar los 10 Hz(C7.2.d.1). Por ejemplo, suponiendo una

frecuencia horizontal propia de la estructura

aislada de 0,5 Hz, la rigidez vertical de un

aislador resulta ser: kv

= (fv

/fh

)2 kh

= 40 0 kh

,

esto es, 400 veces ms grande que su rigidez

horizontal.

3.2 amortiguamiento efectivo: valor de la razn deamortiguamiento viscoso equivalente que se obtienede la energa disipada para respuesta cclica del

sistema de aislacin

3.3 desplazamiento de diseo:desplazamiento lateralproducido por el sismo de diseo, excluyendo el

desplazamiento debido a la torsin natural y

accidental, requerido para el diseo del sistema deaislacin

3.4 desplazamiento mximo: desplazamiento lateralprovocado por el sismo mximo posible, excluyendo

el desplazamiento adicional debido a la torsin naturaly accidental, requerido para el diseo del sistema de

aislacin

3.5 desplazamiento total de diseo: desplazamientolateral provocado por el sismo de diseo, incluyendo

desplazamientos adicionales debidos a la torsinnatural y accidental, requerido para el diseo delsistema de aislacin o de algn elemento de l

3.6 desplazamiento total mximo: desplazamientolateral mximo provocado por el sismo mximo

posible incluyendo desplazamientos adicionalesdebidos a la torsin natural y accidental, requerido

para la verificacin de la estabilidad del sistema deaislacin, o elementos de l, para el diseo de las

separaciones entre edificios, y para los ensayos bajo

carga vertical de los prototipos de los aisladores


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3.7 interfaz de aislacin: espacio generado por el

sistema de aislacin que se encuentra limitado en suparte superior por la superestructura y en su parteinferior por la subestructura (ver 3.14 y 3.15)

3.8 pares de registros: registros del movimientosegn dos direcciones ortogonales

3.9 rigidez efectiva o secante: valor de la fuerzalateral que se genera en el sistema de aislacin, o

en un elemento de l, dividido por eldesplazamiento lateral correspondiente

3.10 sismo de diseo (SDI): nivel del movimientossmico del suelo que tiene como mnimo el 10% deprobabilidad de excedencia en 50 aos

3.11 sismo mximo posible (SMP): nivel mximodel movimiento del suelo que puede ocurrir en ellugar de edificacin dentro del esquema geolgico

conocido. En zonas de alta sismicidad, (ZonaSsmica 3 2 de NCh433), ste puede tener una

intensidad que se puede considerar como el nivel

del movimiento ssmico del suelo que tiene un 10%de probabilidad de ser excedido en un perodo de100 aos

C3.10 y C3.11 La Figura C.1 muestra comoejemplo el clculo de la probabilidad deexcedencia de un cierto nivel de aceleracin

mxima del suelo para tres localidades

ubicadas en suelo duro, en zonas ssmicas 3,

2 y 1, respectivamente.

Para zona ssmica 3, se observa que para

una probabilidad de excedencia del 10% y

T = 50 aos, la aceleracin resultante vara

entre 0,45 g y 0,6 g, dependiendo de la

relacin de atenuacin utilizada.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,80

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Curvas de RiesgoLocalidad: Via del Mar (Zona 3)

PGA (g)

ProbabilidaddeExcedencia

T = 50 aos

T = 100 aos

! Fresard y Saragoni 1986 T = 50! Fresard y Saragoni 1986 T = 100" Schaad y Saragoni 1989 T = 50" Schaad y Saragoni 1989 T = 100

Martin 1990 T = 50 Martin 1990 T = 100

Figura C.1 - Probabilidad de excedencia de un nivelde aceleracin mxima del suelo para tres sitios

en suelo duro, en zonas ssmicas 3, 2 y 1,respectivamente, en lapsos de 50 y 100 aos

(Anexo A, [6, 14, 24])(contina)


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0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,80

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Curvas de RiesgoLocalidad: Santiago (Zona 2)

PGA (g)


T = 50 aos

T = 100 aos

! Fresard y Saragoni 1986 T = 50! Fresard y Saragoni 1986 T = 100" Schaad ySaragoni 1989 T = 50" Schaad ySaragoni 1989 T = 100

Martin 1990 T = 50 Martin 1990 T = 100

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,80

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Curvas de RiesgoLocalidad: Pucn (Zona 1)

PGA (g)


T = 50 aos

T = 100 aos

! Fresa rd ySaragoni 1986 T = 50! Fresa rd ySaragoni 1986 T = 100" Schaad ySaragoni 1989 T = 50" Schaad ySaragoni 1989 T = 100

Martin 1990 T = 50 Martin 1990 T = 100

Figura C.1 - Probabilidad de excedencia de un nivel

de aceleracin mxima del suelo para tres sitiosen suelo duro, en zonas ssmicas 3, 2 y 1,

respectivamente, en lapsos de 50 y 100 aos

(Anexo A, [6, 14, 24]) (conclusin)

Similarmente, se observa que para las otras

zonas ssmicas, los valores de aceleracin delsuelo correspondientes a un nivel de excedencia

de 10% en 50 aos varan entre 0,4 g y 0,5 g

para zona 2 y entre 0,3 g y 0,38 g para zona 1.

En base a los resultados de Figura C.1 se

observa que el rango de aceleraciones

mximas del suelo para estos sitios, y parauna probabilidad de excedencia de 10% en

100 aos, varan entre 0,5 g y 0,65 g parazona 3; 0,45 g y 0,58 g para zona 2; 0,35 g

y 0,45 g para zona 3.

Consecuentemente las razones promedio

entre las aceleraciones mximas

correspondientes al SMP y el SDI son, 1,15;

1,12 y 1,14, respectivamente para las zonas

3; 2 y 1, respectivamente. Debido a la

similitud entre estas razones se ha optado

por proponer un factor de amplificacin MM

entre ambos niveles igual a 1,2.


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La eleccin de la aceleracin mxima del suelo

como parmetro de definicin para MM esarbitraria. Sin embargo, a falta de mediciones

de velocidad y desplazamiento del suelo eneventos del tipo mximo posible, parece

razonable escoger por el momento los

resultados basados en aceleracin mxima, que

se acostumbra a utilizar en los estudios deriesgo.

3.12 sistema de aislacin: conjunto de elementosestructurales que incluye a todos los aisladoresindividuales, todos los elementos estructurales que

transfieren fuerza entre los elementos del sistema deaislacin y la superestructura y subestructura, ytodas las conexiones a otros elementos

estructurales. El sistema de aislacin tambin incluyeal sistema de restriccin al viento en caso que dicho

sistema se use para satisfacer los requisitos de estanorma

C 3.12 sistema de aislacin

C3.12.aEl objetivo fundamental de la aislacinssmica es desacoplar horizontalmente la

estructura del suelo de fundacin con el objetode que el movimiento horizontal del suelodurante un sismo no se transmita a la estructura

y que ella permanezca idealmente inmvil en un

marco de referencia inercial. Por cierto que un

desacople perfecto entre suelo y estructura es

impracticable actualmente; sin embargo,

cualquier sistema de aislacin busca concentrar

en l la deformacin impuesta por el suelo,

filtrando el movimiento que se trasmite hacia

la superestructura.

C3.12.b De esta forma, una estructuraaislada adecuadamente tendr un modo

fundamental de vibrar como el indicado enFigura C.2 en que se observa que la

superestructura es esencialmente rgida y

la deformacin se concentra en el nivel de

aislacin. Es importante observar adems,que una estructura aislada tendr

generalmente dos frecuencias modales

traslacionales (modo aislado traslacional)

prcticamente iguales, asociadas al modoindicado en la figura en ambas direcciones

horizontales. La frecuencia torsional

fundamental del sistema (modo aislado

torsional) puede diferir considerablemente de

las frecuencias fundamentales traslacionales,dependiendo de la ubicacin en planta de los

aisladores y sus rigideces relativas, aunque

en distribuciones uniformes la razn de

frecuencia torsional y lateral es similar a 1

(ver Anexo A, [13]). Cabe aclarar tambin,

que las frecuencias asociadas a los modos

superiores de la estructura (modos 4, 5,...)no corresponden ni se parecen a las

frecuencias de la estructura con base fija. En

verdad estos modos superiores son similares

a los modos de deformacin de la estructurasin restriccin en su base (estructura libre).


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movimiento del suelo

aislador

Figura C.2 - Modo fundamental de unedificio aislado

C3.12.c El sistema de aislacin debe satisfacertres requisitos fundamentales:

1) tener una gran flexibilidad horizontal de

modo de alargar el perodo fundamental de

vibracin de la estructura a una zona demenor aceleracin espectral;

2) introducir un nivel de disipacin de energa

de modo de reducir la demanda de

deformacin sobre el sistema de aislacin; y

3) proveer una rigidez suficiente para cargas

de servicio de la estructura de modo deevitar vibraciones molestas.

C3.12.dEl incremento de amortiguamiento en elsistema de aislacin conduce tpicamente a una

menor demanda de deformacin sobre el sistemade aislacin, lo que a su vez implica una

reduccin de la fuerza de corte que acta sobre el

sistema de aislacin y la superestructura. El nivel

ptimo de amortiguamiento del sistema dependeciertamente del objetivo de diseo en lo referente

a la demanda sobre la estructura (deformaciones)

y sus contenidos (aceleraciones); de hecho, un

aumento excesivo del amortiguamiento conducea un aumento de las aceleraciones de piso lo que

puede inducir problemas con los contenidos de la

estructura (Figura C.3).


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Figura C.3 - Cortes de entrepiso para un marco planoaislado de 5 pisos y distintos niveles de razn de

amortiguamiento en el sistema de aislacin

C3.12.ePor ltimo, es interesante ilustrar paraun sistema de un grado de libertad cul es elnivel de reduccin de respuesta que se espera

con el uso de la aislacin ssmica. La Figura C.4

muestra el promedio de la reduccin de

respuesta de deformacin y aceleracin totalque se obtiene al aislar estructuras

convencionales con perodos fundamentales

entre 0,3 s y 1,5 s y un perodo aislado objetivo

de 2,5 s para los sismos chilenos que se indicanen C8.4.2. Como se aprecia, la reduccin de

deformaciones y aceleraciones decrece en lamedida que la estructura convencional se hace

ms flexible; sin embargo, para perodos de laestructura convencional de hasta 0,7 s, las

reducciones observadas son del orden de 10.

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,60

5

10

15

20

25

30

Reduccin promedio de aceleraciones para Tobjetivo

= 2,5

Toriginal

(en segundos)

As/aislacion

/A

c/aislacion

Suelo Tipo I - = 5%Suelo Tipo II - = 5%Suelo Tipo III- = 5%Suelo Tipo I - = 15%Suelo Tipo II - = 15%Suelo Tipo III- = 15%

Figura C.4 - Reduccin promedio de aceleracionespara estructuras aisladas de perodo objetivo 2,5 s,sometidas a los registros chilenos del terremoto

de 1985 indicados en C8.4.2


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3.13 sistema para restringir los efectos del viento:

conjunto de elementos estructurales que proveenuna restriccin al desplazamiento horizontal de laestructura aislada ante cargas de viento. El

sistema de restriccin puede ser parte integral delos aisladores o bien ser un dispositivo

independiente

3.14 subestructura: porcin de la estructura que seencuentra por debajo del nivel de aislacin

3.15 superestructura:porcin de la estructura que se

encuentra por sobre el nivel de aislacin

4 Smbolos y trminos abreviados

Para los propsitos de esta norma, se aplican los

smbolos y trminos abreviados de NCh433 yadicionalmente los siguientes:

C4 Smbolos y trminos abreviados

DB = coeficiente numrico relativo a la

razn de amortiguamiento efectivo

del sistema de aislacin para eldesplazamiento de diseo,

D

(ver Tabla 2)

MB = coeficiente numrico relativo a la

razn de amortiguamiento efectivodel sistema de aislacin para el

desplazamiento mximo,M

(ver Tabla 2)

b = dimensin ms corta de la planta dela estructura, medida

perpendicularmente a d

DC = coeficiente ssmico de desplazamiento

correspondiente al nivel ssmico de

diseo, segn ecuacin 1

MC = coeficiente ssmico de desplazamiento

correspondiente al nivel ssmico

mximo posible, segn ecuacin 3


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DD = desplazamiento de diseo, en

milmetros (mm), en el centro derigidez del sistema de aislacin en ladireccin bajo consideracin, como

se indica en 7.3.1

DD' = desplazamiento de diseo, en

milmetros (mm), en el centro

de rigidez del sistema de aislacin enla direccin bajo consideracin, como

se indica en 8.2

MD = desplazamiento mximo, enmilmetros (mm), en el centro de

rigidez del sistema de aislacin en ladireccin bajo consideracin, como

se indica en 7.3.3

MD' = desplazamiento mximo, en

milmetros (mm), en el centro de

rigidez del sistema de aislacin en ladireccin bajo consideracin, como

se indica en 8.2

TDD = desplazamiento total de diseo, en

milmetros (mm), de un elemento del

sistema de aislacin incluyendotanto el desplazamiento traslacional

en el centro de rigidez,D

D , como la

componente de desplazamientotorsional en la direccin bajo

consideracin, como se especificaen 7.3.5

TMD = desplazamiento total mximo, enmilmetros (mm), de un elementodel sistema de aislacin incluyendo

tanto el desplazamiento traslacional

en el centro de rigidez,M

D , como

la componente de desplazamientotorsional en la direccin bajo

consideracin, como se indicaen 7.3.3

d = dimensin en planta ms larga de la

estructura


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CICLOE = energa disipada, en kN-mm, en un

aislador durante un ciclo completode carga reversible, en un rango de

desplazamiento de ensayo de + a, medida por el rea encerrada porun ciclo de la relacin constitutiva

fuerza-defomacin

DE = total de energa disipada, en kN-mm,

por todos los aisladores durante un

ciclo completo de respuesta al

desplazamiento de diseo,D

D

ME = total de energa disipada, en kN-mm,

por todos los aisladores durante unciclo completo de respuesta al

desplazamiento mximo,M

D

e = excentricidad real, en milmetros(mm), medida en planta entre elcentro de masa de la superestructura

y el centro de rigidez del sistema de

aislacin, ms la excentricidadaccidental, igual a un 5% de ladimensin mxima de la planta

perpendicular a la direccin de lasolicitacin ssmica considerada

F = fuerza negativa, en kN, en un

aislador, durante un ciclo de ensayoa un desplazamiento con una

amplitud

+

F= fuerza positiva, en kN, en un

aislador, durante un ciclo de ensayo

a un desplazamiento con una

amplitud +

.mx

+DF = suma para todos los aisladores de los

valores absolutos de la fuerzapositiva mxima de un aislador al

desplazamiento positivoD

D . Para un

aislador determinado, la fuerza

positiva mxima al desplazamiento

positivo, DD , se determina

La distincin que se realiza entre .mx+

DF y

+DF es especialmente importante en el caso

de aisladores elastomricos en que la diferencia

de las fuerzas mximas depende en general del

nmero de ciclo en cuestin debido a un

fenmeno conocido como scragging. Elscraggingse debe a un cambio en la estructura

del material como resultado de la deformacin


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comparando cada una de las fuerzas

positivas que ocurren durante cadaciclo de la secuencia de ensayos

asociada con el desplazamientoD

D

y seleccionando el valor positivomximo al desplazamiento positivo

DD

y justifica la necesidad de eliminarlo mediante

ciclado del dispositivo previo a su uso en laestructura (ver 14.5).

.mn

+DF = suma para todos los aisladores de

los valores absolutos de la fuerzapositiva mnima de un aislador al

desplazamiento positivo DD . Paraun aislador determinado, la fuerza

posit iva mnima al desplazamiento

positivoD

D se determina

comparando cada una de las fuerzaspositivas que ocurren durante cada

ciclo de la secuencia de ensayos

asociada con el desplazamientoD

D

y seleccionando el valor positivo

mnimo al desplazamiento positivo

DD

.mx

DF = suma para todos los aisladores de los

valores absolutos de la fuerzanegativa mxima en valor absoluto de

un aislador al desplazamiento negativo

DD . Para un aislador determinado, la

fuerza negativa mxima al

desplazamiento negativoD

D se

determina comparando cada una de

las fuerzas negativas que ocurrendurante cada ciclo de la secuencia

de ensayos asociada con el

incremento de desplazamientoD

D

y seleccionando el valor absolutomximo al desplazamiento negativo

DD

.mn

DF = suma para todos los aisladores de

los valores absolutos de la fuerza

negativa mnima en valor absoluto de


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un aislador al desplazamiento

negativo DD . Para un aislador

determinado, la fuerza negativamnima en el desplazamiento

negativoD

D se determina

comparando cada una de las fuerzasnegativas que ocurren durante cadaciclo de la secuencia de ensayosasociada con el incremento de

desplazamientoD

D y seleccionando

el valor absoluto mnimo al

desplazamiento negativo DD

.mx

+MF = suma para todos los aisladores de los

valores absolutos de la fuerza positiva

mxima de un aislador al

desplazamiento positivoM

D . Para un

aislador determinado, la fuerza

positiva mxima al desplazamiento

positivo,M

D , se determina

comparando cada una de las fuerzas

positivas que ocurren durante cadaciclo de la secuencia de ensayosasociada con el incremento de

desplazamientoM

D y seleccionando

el valor positivo mximo al


D

.mn

+MF = suma para todos los aisladores de los

valores absolutos de la fuerza positivamnima de un aislador al

desplazamiento positivo MD . Para un

aislador determinado, la fuerza positiva

mnima al desplazamiento positivoM

D

se determina comparando cada una delas fuerzas positivas que ocurren

durante cada ciclo de la secuencia deensayos asociada con el incremento de

desplazamientoM

D y seleccionando el

valor positivo mnimo al


D


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.mx

MF = suma para todos los aisladores de

los valores absolutos de la fuerzanegativa mxima en valor absolutode un aislador al desplazamiento

negativoM

D . Para un aislador

determinado, la fuerza negativa

mxima al desplazamiento negativo

MD se determina comparando cada

una de las fuerzas negativas que

ocurren durante cada ciclo de lasecuencia de ensayos asociada con

el incremento de desplazamientoM

D y seleccionando el valor

absoluto mximo al desplazamiento

negativoM

D

.mn

MF = suma para todos los aisladores de

los valores absolutos de la fuerzanegativa mnima en valor absoluto

de un aislador al desplazamiento

negativoM

D . Para un aislador

determinado, la fuerza negativamnima al desplazamiento negativo

MD se determina comparando cada

una de las fuerzas negativas queocurren durante cada ciclo de la

secuencia de ensayos asociada conel incremento de desplazamiento

MD y seleccionando el valor

absoluto mnimo al desplazamiento

negativoM

D

g = constante de aceleracin de gravedad,(9 806 mm/s2)

rH = altura total de la goma del aislador

ih = altura en metros sobre la base hasta

el nivel i

xh = altura en metros sobre la base hasta

el nivel x


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efk = rigidez efectiva o secante de un

aislador, en kN/mm, como indicaecuacin 11

.mxDk = rigidez efectiva o secante mxima del

sistema de aislacin, en kN/mm, al

desplazamiento de diseo en ladireccin horizontal considerada

.mxMk = rigidez efectiva o secante mxima del

sistema de aislacin, en kN/mm, aldesplazamiento mximo en la

direccin horizontal considerada

.mnDk = rigidez efectiva o secante mnima del

sistema de aislacin, en kN/mm, al

desplazamiento de diseo en ladireccin horizontal considerada

.mnMk = rigidez efectiva o secante mnima del

sistema de aislacin, en kN/mm, aldesplazamiento mximo en la

direccin horizontal considerada

MM = coeficiente numrico relacionado con

la respuesta al sismo mximo posible

(ver Tabla 3)

lR = coeficiente de reduccin

para estructuras aisladas

ssmicamente, relacionado con elsistema resistente a las fuerzas

laterales de la superestructura comose establece en Tabla 3

DT = perodo efectivo, en segundos, de la

estructura aislada al desplazamientode diseo en la direccin

considerada, como se indica enecuacin 2

MT = perodo efectivo, en segundos, de la

estructura aislada al desplazamiento

mximo en la direccin considerada,como se indica en ecuacin 4


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bV = fuerza o corte lateral total de diseo

ssmico en los elementos del, o pordebajo del, sistema de aislacin,como se indica en ecuacin 7

sV = fuerza o corte lateral total de diseo

ssmico en los elementos de lasuperestructura, como se indica en

ecuacin y en los lmitesespecificados en clusula 7

W = carga muerta ssmica total definida

en NCh433. Para el diseo delsistema de aislacin, W es el peso

de la carga muerta ssmica total de

la superestructura

iw = la parte de Wubicada o asignada al

nivel i

xw = la parte de Wubicada o asignada al

nivel x

y = distancia, en milmetros (mm), entreel centro de rigidez del sistema deaislacin y el elemento de inters,medida perpendicularmente a la

direccin de la solicitacin ssmicaconsiderada

Z = factor que depende de la

zonificacin ssmica definida enNCh433; se establece en Tabla 5

ef = amortiguamiento efectivo delsistema de aislacin y del aisladorcomo indica ecuacin 12

D = amortiguamiento efectivo del

sistema de aislacin, aldesplazamiento de diseo como

indica ecuacin 17


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M = amortiguamiento efectivo del

sistema de aislacin, aldesplazamiento mximo como indicaecuacin 18

= deformacin angular del elastmerocalculada como el cuociente entre ladeformacin de corte y la altura de

goma

+ = desplazamiento positivo mximo deun aislador durante cada ciclo de

ensayo del prototipo

= desplazamiento negativo mnimo deun aislador durante cada ciclo de

ensayo del prototipo

5 Generalidades

5.1 Todas las estructuras con aislacin ssmica ycada porcin de las mismas se deben disear y

construir de acuerdo con los requisitos de estanorma. Las disposiciones de NCh433 tambin sonobligatorias, en lo que no contradigan las

disposiciones de la presente norma.

5.2 El sistema resistente a fuerzas laterales y elsistema de aislacin se deben disear para resistir

las deformaciones y los esfuerzos producidos porlos efectos de movimientos del suelo como lo

dispone esta norma.

5.3Cuando las fuerzas de viento indicadas enNCh432, produzcan deformaciones o esfuerzos

mayores, dichas cargas se deben utilizar para eldiseo en lugar de las deformaciones y esfuerzos

resultantes de las fuerzas ssmicas.

C5 Generalidades

C5.a Introduccin

C5.a.1Durante la lt ima dcada el concepto

de aislacin ssmica se ha comenzado aconsiderar seriamente como una alternativa en

el diseo sismorresistente de estructuras,

especialmente en aquellos casos en que se

busca un mejor desempeo ssmico para las

estructuras y sus contenidos. El buen

desempeo que las estructuras aisladas han

tenido durante los sismos de Northridge (Los

Angeles, 1994) y Kobe (Kobe, 1995), avalan

las bondades de esta alternativa en cuanto a

aumentar considerablemente el nivel deseguridad para las personas y la operabilidad

de la estructura despus de un sismo.

C5.a.2 Actualmente, los conceptos de aislacinssmica se ensean como parte del currculo de

Ingeniera Civil en la mayora de las Universidades

mundialmente reconocidas, innumerables

investigaciones se han desarrollado parademostrar la eficiencia de la aislacin ssmica

como una tcnica sismorresistente, y numerosos

dispositivos de aislacin estn comercialmente

disponibles para su implementacin en laprctica. Consecuentemente, se ha desarrollado

una creciente necesidad de suplementar los

cdigos ssmicos actualmente vigentes con

requisitos especficos para estructuras aisladas.Esta necesidad es compartida por los organismos

encargados de la construccin y el pblico en


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general, quienes requieren que esta tecnologa se

implemente adecuadamente, y por los ingenierosproyectistas, los que requieren un estndar

mnimo para el diseo y construccin de

estructuras con esta tecnologa.

C5.a.3Los primeros esfuerzos en ladireccin de un cdigo para el diseo de

estructuras aisladas ssmicamente fue

publicado por el Structural Engineering

Association of California, SEAOC, elao 1986 en el documento Tentative Seismic

Isolation Design Requirements (ver Anexo A,

[21]). Reconociendo la necesidad de obtener

un documento que represente una opinin

consensuada, el comit sismolgico delSEAOC desarroll los requisitos de diseo

General Requirements for the Design and

Construct ion of Seismic Isolated Struct uresquefueron publicados en el apndice 1 L del libro

azul del SEAOC (ver Anexo A, [22]) en 1990.

Estos mismos requisitos fueron publicados

posteriormente como un apndice no

mandatorio del Captulo 23 del UBC (ver Anexo

A, [9]) en el ao 1991. El comit sismolgico

del SEAOC y del International Conference of

Building Officials, ICBO, han revisado este

documento peridicamente desde entonces y

versiones posteriores de estos requisitos sepueden encontrar en el libro azul del SEAOC (ver

Anexo A, [23]) del ao 1996, y en el cdigo

UBC (ver Anexo A, [12]) del ao 1997. Por

otra parte, el Consejo de Seguridad Ssmica

para Edificios encomend la incorporacin de

requisitos para el diseo de estructuras con

aislacin ssmica y disipacin de energa en

los requisitos de National Earthquake Hazard

Reduction Program, NEHRP, del ao 1994 .

Estos requisitos fueron modificados en laversin del ao 1997 en que los t res

documentos NEHRP/UBC/SEAOC fueron

compatibilizados.

C5.a.4El largo camino recorrido por estastres instituciones y comits en EEUU avala la

decisin del Grupo N 5 de ACHISINA

encargado de realizar esta norma de basar su

trabajo en el documento UBC (ver Anexo A,

[12]) del ao 1997. Aunque este documento

puede ser criticado en diversos aspectos, su

filosofa y criterios han sido ampliamentediscutidos y aceptados por la comunidad

cientfica y profesional en el mundo. Esto no

implica que el documento no sea perfectible,

y ha sido la intencin de este grupo de

trabajo el introducir cambios y comentariosen aquellos puntos debatibles y arbitrarios.


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C5.b Filosofa de los requisitos de diseo

para estructuras aisladas

C5.b.1Es condicin esencial de unaestructura aislada el que su desempeo

objetivo no slo involucre la proteccin de lavida durante un sismo severo, sino tambin la

reduccin del dao de la estructura y sus

contenidos. De esta forma, los requisitos de

diseo que se presentan en esta norma son unacombinacin de ambos objetivos: proteccin a la

vida y reduccin del dao.

C5.b.2Como punto de partida, estosrequisitos definen dos niveles ssmicos: un

nivel ssmico de diseo (SDI) y un nivelssmico mximo posible (SMP). El sismo de

diseo coincide con el nivel utilizado

comnmente en el diseo de estructuras

convencionales consistente con una

probabilidad de excedencia de 10% en

50 aos. Por otra parte, el sismo mximo

posible corresponde al mximo nivel de

movimiento del suelo que puede ocurrir

dentro del marco geolgico conocido y ha

sido definido como el nivel que tiene unaprobabilidad de excedencia de un 10% en un

perodo de 100 aos.

Estos niveles de riesgo, que son consistentes

con la tendencia mundial en los cdigos deaislacin ssmica, son distintos a los utilizados

en NCh433, lo que ser reflejado a travs de un

espectro de diseo que difiere del contenido en

dicha norma. El nuevo espectro deber reflejar,adems, un nivel de seguridad superior para el

sistema de aislacin, debido a que su falla

compromete necesariamente la estabilidad

vertical de la estructura completa.

C5.b.3 Para el diseo de estructuras aisladas serequiere que el sistema de aislacin sea capaz de

sostener las deformaciones y cargas

correspondientes al SMP sin falla. Anlogamente,cualquier sistema que cruce la interfaz de

aislacin se debe disear para acomodar el

desplazamiento correspondiente al SMP.

C5.b.4Estas recomendaciones buscan, adems,que la superestructura permanezca

esencialmente elstica durante el sismo de

diseo, a diferencia de los requisitos paraestructuras con base fija que buscan alcanzar

slo un nivel de proteccin razonable para fallas

estructurales mayores y prdida de vidas sin

hacer hincapi en limitar el dao o mantener las


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funciones de la estructura. La filosofa actual

sismorresistente establece que las fuerzaslat erales de diseosean, digamos, un octavo de

las fuerzas reales que ocurriran en el edificio si

ste permaneciera elstico durante el sismo. La

seguridad a la vida se provee entonces a travsde requerir que el sistema tenga una ductilidad

adecuada y permanezca estable

gravitacionalmente sin dao masivo o falla para

desplazamientos que exceden con creces ellmite de fluencia del sistema. Sin embargo,

dao a los elementos estructurales,

componentes no estructurales, y contenidos son

probables en una estructura convencional para

un evento mayor.

C5.b.5 Para una estructura convencional, susobrevivencia para el SMP no se verifica

explcitamente y se maneja implcitamente atravs de mayor ductilidad y mayor detalle de

los elementos. Por el contrario, en estructuras

aisladas la verificacin del desempeo de la

estructura para el SMP se debe realizar

analtica y experimentalmente. El criterio

detrs de esta verificacin es proveer

evidencia que en el peor escenario ssmico

posible, la estructura aislada es al menos tan

segura como la estructura convencional. El

diseo explcito del sistema de aislacin y elensayo de aisladores para el SMP es

necesario actualmente debido a que an no

existe suficiente evidencia prctica como para

permitir un criterio menos conservador. Es

importante notar que, los aisladores friccionales

o elastomricos convencionales utilizados

permiten alcanzar el nivel de diseo

correspondiente al SMP sin mayor dificultad.

C5.b.6De acuerdo con los requisitosindicados en esta norma, el diseo de una

estructura est orientado a cumplir con los

objetivos de desempeo siguientes:

1. Resistir sismos pequeos y moderados

sin dao en elementos estructurales,

componentes no estructurales, y

contenidos del edificio.

2. Resistir sismos severos sin que exista:

a) falla del sistema de aislacin;

b) dao significativo a los elementos

estructurales; y

c) dao masivo a elementos no

estructurales.


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Para cumplir con estos objetivos, los requisitos

propuestos limitan la respuesta inelstica de lasuperestructura a una fraccin menor de lo que

se permite para edificios convencionales.

Consecuentemente, el desplazamiento lateral

de una estructura durante un sismo debeocurrir en la interfaz de aislacin y no en la

superestructura.

C5.b.7Los objetivos de desempeoestablecidos en C5.b.6 exceden a aquellosde estructuras convencionales en sismos

moderados y severos. Es importante recalcar

que, incluso a travs de reforzar

considerablemente las estructuras

convencionales, es difcil alcanzar losobjetivos de desempeo de una estructura

aislada, en especial aquellos relacionados con

los contenidos y terminaciones. Esto se debea que el aumento de resistencia de la

estructura convencional conlleva una

rigidizacin de la estructura, lo que induce

niveles de aceleracin que dificultan elcontrol de daos en contenidos, instalaciones

y terminaciones, y por ende, la funcionalidad

del edificio. Tal fue el caso del Hospital

Sylmar, durante el sismo de Northridge en el

ao 1994 (ver Anexo A, [8]).

C5.c Proyectos de edificacin con aislacinssmica en Chile

C5.c.1 A la fecha de la redaccin de estanorma existen tres edificios con aislacin

ssmica en Santiago, el edificio de viviendasocial de la Comunidad Andaluca

(ver Anexo A, [15 ]) diseado y construido

entre los aos 1991 y 1992, la Clnica San

Carlos de la P. Universidad Catlica de Chileconstruida durante el ao 2000 (ver Anexo A,

[3]), y el Edificio San Agustn de la Facultad

de Ingeniera de la P. Universidad Catlica de

Chile construido durante 2001 y 2002(ver Anexo A, [3]). Adems, durante el

ao 2002 finaliz la etapa de desarrollo del

proyecto del edificio Placa Tcnica del

Hospital Militar ubicado en La Reina, que se

convertir en la estructura aislada ms

grande del pas (ver Anexo A, [25]).

C5.c.2 Los antecedentes mundiales muestranque con posterioridad a los terremotos deNorthridge y Kobe, el uso de la aislacin

ssmica en el mundo ha crecido

considerablemente. Por ejemplo, las

estadsticas en Japn muestran que el


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ao 1998 se construyeron ms de

700 edificios con aislacin ssmica, entre losque se incluyen 35 hospitales, 18 edificios

gubernamentales y 304 edificios de viviendas.

C5.c.3 Los sistemas de aislacin ms utilizadosen el mundo actualmente son los aisladoreselastomricos de bajo amortiguamiento (LDR) y

alto amortiguamiento (HDR), los aisladores

elastomricos con corazn de plomo (LRB), el

aislador de pndulo friccional (FPS), y losdeslizadores tefln-acero (PTFE).

C5.c.4Cada proyecto t iene sus propiosfactores que motivan el uso de sistemas deaislacin y posee diferentes objetivos de

desempeo. El primer paso esencial en el

desarrollo del proyecto es definir el criterio de

diseo en base a los objetivos del propietarioen lo que respecta a la funcionalidad de la

estructura, dao y proteccin de la inversin,

preservacin histrica de la estructura, riesgo a

las personas, y economa en la construccin.Para aquellos propietarios que desean una alta

prioridad a la funcionalidad, proteccin de los

contenidos, e inversin, requieren un criterio de

diseo ms estricto que aquellos que buscan unnivel de desempeo de proteccin a la vida

nicamente. En cualquier caso, es el propietarioel que debe estar consciente del nivel de riesgo

que se desea asumir en el diseo.

6 Criterio de seleccin C.6 Criterio de seleccin

6.1 Bases de diseo

Los procedimientos y limitaciones para el diseo deestructuras con aislacin ssmica se deben determinar

considerando la zona, caractersticas del lugar,aceleracin vertical, propiedades de las secciones

agrietadas de los elementos de hormign ymampostera, destino, configuracin, sistema

estructural y altura.

C6.1 Bases de diseo

Las guas de diseo propuestas incluyen

aspectos generales del diseo de estructurascon aisladores ssmicos y son aplicables a una

amplia gama de soluciones estructurales

posibles para el sistema de aislacin.

6.2 Estabilidad del sistema de aislacin

La estabilidad de los elementos del sistema deaislacin sujetos a cargas verticales se debe

verificar por anlisis y ensayos, segn se requiera,

para desplazamientos ssmicos laterales iguales al

C6.2 Estabilidad del sistema de aislacin

Debido a esta generalidad, esta norma descansa

en la exigencia de que los sistemas de aislacin

sean ensayados para confirmar las propiedadesutilizadas en el clculo y diseo de la estructura

aislada. En general los sistemas de aislacin que

se consideran adecuados deben:


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desplazamiento mximo total. a) Permanecer estables para el desplazamiento

de diseo requerido.

b) Proveer una resistencia que no decrezca

con un aumento en el desplazamiento.

c) No degradarse en rigidez y resistencia

bajo carga cclica.

d) Poseer una relacin constitutiva fuerza-

deformacin que est bien definida y sea

repetible.

6.3 Categoras de destino

El factor de importancia,I, para una edificacin conaislacin ssmica se debe considerar igual a 1,0 sinconsiderar la categora de destino.

NOTA - Ver Tabla 1.

C6.3 Categoras de destino

Dos razones justifican un valor nico delcoeficiente de importancia I en estructurasaisladas. Primero, se reconoce que existe mayor

certeza en relacin a estructuras convencionales

sobre el verdadero nivel de demanda impuesto

sobre la estructura. Segundo, como el objetivo

de desempeo del diseo es siempre lograr

funcionalidad luego del sismo, no tiene sentido

diferenciar por concepto de uso entre

estructuras. No se elimin la Tabla 1 para

facilitar la eventual incorporacin de valores de I

diferentes a 1 para destinos o niveles de

desempeo distintos a los contemplados

actualmente en dicha tabla.

6.4 Requisitos de configuracin

Cada estructura se debe clasificar como estructura

regular o irregular en base a la configuracinestructural del sistema de aislacin, de acuerdo con

Tablas C.3 y C.4 de 8.5.3.1.

6.5 Seleccin de procedimientos de respuestalateral

6.5.1 Generalidades

Cualquier estructura con aislacin ssmica se puede,y ciertas estructuras aisladas definidas ms adelante

se deben, disear utilizando el procedimiento derespuesta lateral dinmico de clusula 8.

C6.5.1 Generalidades

C6.5.1.a General

C6.5.1.a.1 El modelo estructural del sistemade aislacin y de la sub y la superestructura

cumple dos funciones primordiales:

a) Clculo de la respuesta y diseo de la

sub y la superestructura para el

terremoto de diseo.

b) Clculo de la demanda de

desplazamientos y verificacin de la

estabilidad del sistema de aislacin para


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el terremoto mximo posible.

C6.5.1.a.2Distintas metodologas de dist intosgrados de complejidad se pueden utilizar para

modelar la respuesta de estructuras aisladas,desde modelos simplificados hasta modelos

tridimensionales no-lineales del edificio

completo. El nivel de sofisticacin del modelo

debe ser coherente con el grado de complejidad

de la estructura. En general, superestructuras

flexibles, irregulares en planta y altura requerirn

de modelos ms sofisticados.

C6.5.1.b Modelo del sistema de aislacin

C6.5.1.b.1 El modelo estructural del sistemade aislacin debe ser capaz de representarefectos de la respuesta tridimensional delsistema, como por ejemplo la torsin en

planta, la correcta distribucin de cargas

verticales en los aisladores, interaccin

bidireccional, e interaccin lateral-vertical(aislador de pndulo friccional). Adems, el

anlisis del modelo estructural debe

considerar la variabilidad de las propiedades

de los aisladores; debe considerar la mayor

rigidez del sistema de aislacin en la

determinacin de las fuerzas de diseo de la

superestructura y la menor rigidez posible en

la determinacin de la deformacin delsistema de aislacin.

C6.5.1.b.2Si el sistema de aislacin permiteel levantamiento de la estructura, el modelo

debe ser capaz de representar este

levantamiento y el impacto en el contacto

entre estructura y dispositivo. El levantamientoes un fenmeno no-lineal y requiere

modelacin explcita tanto en estructuras

aisladas como no aisladas, por ejemplo, a

travs de un elemento tipo gap que imponecero fuerza en el momento de levantamiento

libre de la estructura. La importancia de que el

modelo del aislador permita el levantamiento en

caso de ocurrir, es determinar en formaadecuada la redistribucin de esfuerzos y

deformaciones que ocurre en la estructura una

vez que el vnculo del aislador desaparece.

C6.5.1.b.3Otro aspecto import ante es laconsideracin del efecto P - a travs delaislador. Este efecto crea un momento

significativo sobre la estructura bajo y sobre

el aislador. Dependiendo del sistema deanclaje del dispositivo, este momento puede

variar entre P veces /2 y P veces dondeP es la carga axial sobre el aislador y su


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desplazamiento. Este momento es en adicin

al momento flector debido al corte a travsdel aislador.

C6.5.1.b.4 Modelacin de aisladores

C6.5.1.b.4.1 General

Uno de los objetivos primordiales del modelo

estructural debe ser acotar las posibles

variaciones observadas en las propiedadesmecnicas de los aisladores como resultado

de variaciones de la carga vertical, la

velocidad de carga, movimiento bidireccional,

temperatura, y envejecimiento del aislador.

C6.5.1.b.4.2 Modelos lineales

C6.5.1.b.4.2.1 Para los procedimientoslineales establecidos por esta norma, el

sistema de aislacin se puede representar por un

modelo lineal equivalente. Las propiedades de

este modelo son la rigidez secante del aislador,tambin confusamente denominada como

equivalente,efk :

+

+

+

+=

FF

kef (C.1)

y la razn de amortiguamiento lineal viscoso

equivalenteef :

=

22

1

DK

E

ef

di

ef

(C.2)

en que:

diE= suma de las energas

disipadas por todos los

aisladores en un ciclo;

efef kK == rigidez efectiva o secante

de todos los aisladores del

sistema de aislacin.

Todas las cantidades se determinan en base a

ciclos de amplitud D .

C6.5.1.b.4.2.2Los modelos lineales equivalentes

deben ser utilizados slo en el diseo de


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aisladores elastomricos, cuyas propiedades no

son altamente dependientes de la carga axial. Enel caso de aisladores friccionales, se recomienda

adicionalmente verificar el diseo de estos

dispositivos mediante un anlisis no-lineal de

respuesta en el tiempo.

C6.5.1.b.4.3 Modelos no-lineales

C6.5.1.b.4.3.1Para evaluar la respuesta no-lineal de la estructura con aisladores

ssmicos se requiere utilizar un modelo que

sea representativo de la constitutiva no-lineal

del dispositivo. De acuerdo con lo descrito

anteriormente, este modelo es tpicamente

independiente de la velocidad dedeformacin en el caso de aisladores

elastomricos, pero dependiente de ella en el

caso de aisladores f riccionales.

C6.5.1.b.4.3.2Debido a que la respuestadinmica de la estructura completa quedacontrolada por el comportamiento del sistema

de aislacin, cuando se cumple con las

disposiciones de esta norma, es admisible que

el modelo utilizado durante el diseo delsistema de aislacin sea simple e ignore, por

ejemplo, la flexibilidad de la superestructura.

Esto permite ahorrar gran cantidad de tiempo

en el clculo de las respuestas y conduce porlo general a resultados precisos. Sin embargo,

una vez concluido el proceso de diseo es

recomendable verificar, con un modelo no-

lineal de los aisladores y tridimensional de lasuperestructura, el comportamiento del sistema

completo para un conjunto de sismos.

C6.5.1.b.4.3.3El hecho de que la no-linealidaddel sistema se localice en el sistema de

aislacin, conduce a que los anlisis no-lineales

descritos sean de bajo costo computacional en

relacin a lo que sera un anlisis no-lineal de

una estructura convencional. Adems, lainterpretacin de las respuestas medidas

durante sismos en estructuras aisladas muestra

que es posible predecir con gran nivel deprecisin (error menor al 10%) el verdadero

comportamiento no-lineal de estas estructuras

(ver Anexo A, [4]).

C6.5.1.c Modelo de la superestructura

C6.5.1.c.1 En general, la superestructura sedebe modelar con igual detalle que para un

edificio convencional; sin embargo, es un

hecho que la incertidumbre en la respuesta

del modelo de la superestructura se reduce


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gracias al sistema de aislacin. El nivel de

detalle del modelo de la superestructura debeser tal que permita evaluar correctamente la

distribucin de esfuerzos y deformaciones en

sus elementos.

C6.5.1.c.2Es importante recordar que lasuperestructura ser diseada para permanecer

elstica esencialmente y por lo tanto su rigidez y

resistencia debe ser consistente con estecomportamiento. De no ser as, se perdera el

gran beneficio del sistema de aislacin en

cuanto al control del dao de la estructura y sus

contenidos. Se define que la superestructura

permanece esencialmente elstica durante el

sismo si el requerimiento nominal de ductilidadsobre las componentes del sistema de

resistencia lateral del edificio es pequeo

( 2R ). Este requerimiento de ductilidad no

impide que algn elemento entre en el rango

inelstico; sin embargo, el sistema resistentelateral de la estructura como un todo no cambia

su caracterstica apreciablemente.

C6.5.1.d Procedimiento de anlisis

C6.5.1.d.1En esta norma es posible ut ilizarmodelos lineales o no-lineales para el anlisis de

estructuras aisladas ssmicamente. El anlisisesttico con modelos lineales establece valores

mnimos del desplazamiento de diseo para el

sistema de aislacin y se puede utilizar en una

clase muy limitada de estructuras. Esteprocedimiento es recomendado para un diseo

preliminar de la estructura y provee un

mecanismo de verificacin simple de modelos

ms sofisticados.

C6.5.1.d.2El anlisis de respuesta espectral serecomienda para estructuras que tienen:

1) una superestructura flexible;

2) una superestructura de planta irregular; y

3) aisladores con una relacin constitutiva

fuerza-deformacin que puede ser

adecuadamente representada por un

modelo lineal equivalente.

La mayor ventaja de un anlisis de respuesta

espectral con superestructura flexible es que

permite calcular en forma simple ladistribucin de fuerzas y deformaciones en los

elementos.

C6.5.1.d.3Los procedimientos de anlisis no-


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lineal incluyen en general Anlisis Esttico No-

lineal (AENL), tambin conocido como pushover,y Anlisis Dinmico No-lineal (ADNL) o de

respuesta en el tiempo. El modelo no-lineal

incluye a los aisladores y puede incluir o no a la

superestructura dependiendo de su importancia;sin embargo, es relevante insistir en que el

objetivo de la aislacin ssmica es que la no-

linealidad de la superestructura sea pequea. El

anlisis no-lineal de respuesta en el tiempo sedebe utilizar en los casos siguientes:

1. Sistemas con una razn de

amortiguamiento modal mayor a un 30%.

2. Sistemas sin capacidad autocentrante.

3. Sistemas cuya deformacin se espera

exceda la distancia disponible deseparacin con estructuras adyacentes.

4. Sistemas que son dependientes de la

velocidad de deformacin.

5. Sistemas que experimentan levantamiento

y/o impacto.

En el ADNL, la superestructura se puede

modelar como lineal provisto que sedemuestre que su respuesta se mantiene en el

rango elstico durante el SMP.

C6.5.1.d.4Aunque la mayora de lasestructuras con aislacin ssmica se deben

analizar por modelos dinmicos lineales o no-

lineales del sistema de aislacin, esta normaestablece un requisito mnimo de demanda de

deformacin y fuerza que es un porcentaje de

la demanda indicada por las frmulas de

anlisis esttico, incluso cuando se realizaanlisis dinmico. Esta indicacin provee un

nivel mnimo de seguridad que protege contra

un diseo excesivamente no conservador.

6.5.2 Anlisis esttico

El procedimiento de anlisis esttico lateralequivalente de clusula 5 se puede utilizar para el

diseo de una estructura con aislacin ssmica,siempre que:

C6.5.2 Anlisis esttico

1. La estructura est ubicada a ms de

10 km de todas las fallas activas.

C6.5.2, 1Las fallas activas consideradas sonaquellas capaces de generar sismos que

puedan controlar el diseo de la estructura.


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2. La estructura est ubicada en un tipo de suelo I

II.

C6.5.2, 2En esta norma se ha adoptado la

misma clasificacin de suelos de NCh433.

3. La superestructura tenga menos de cinco pisos y

una altura menor que 20 m.

4. El perodo efectivo de la estructura aislada,MT ,

sea menor o igual a 3,0 s.

5. El perodo efectivo de la estructura aislada,DT ,

sea mayor que tres veces el perodo elstico de

base fija de la superestructura.

C6.5.2, 5La razn de esta clusula es limitar elanlisis esttico a superestructuras rgidas, queson aquellas en que se logran las mayores

reducciones de esfuerzos (ver Figura C.4).

El perodo elstico de base fija de lasuperestructura puede ser estimado a partir de

expresiones empricas o de mtodos

aproximados, como el Mtodo de Rayleigh.

6. La superestructura tenga una configuracin

regular.

C6.5.2,6Ver C8.5.3.

7. El sistema de aislacin est definido por todos

los atributos siguientes:

7.1 La rigidez efectiva (secante) del sistema de

aislacin para el desplazamiento de diseoes mayor que un tercio de la rigidezefectiva (secante) a un 20% deldesplazamiento de diseo.

C6.5.2, 7.1La razn de 7.1 es limit ar elanlisis esttico lateral equivalente a sistemas

de aislacin con constitutivas que no

presentan gran degradacin de rigidez

(ver Figura C.5).

0.2

F

k1

k2> k1/3

1

k21

k2 > k 1 / 3

0,2

Figura C.5 - Requerimiento de rigidez para realizaranlisis esttico lateral equivalente

7.2 El sistema de aislacin tiene la capacidadde producir una fuerza restitutiva, como

se especifica en 10.2.4.


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7.3 El sistema de aislacin tiene propiedades

de fueza-deformacin que sonindependientes de la velocidad de carga.

7.4 El sistema de aislacin tiene propiedadesde fueza-deformacin que son

independientes de las cargas verticales yefectos de solicitaciones bidireccionales.

C6.5.2, 7.4Se excluye por lo tanto delanlisis esttico a estructuras con sistemas

friccionales de aislacin las que se debern

analizar mediante un anlisis de historia de

respuesta en el tiempo.

7.5 El sistema de aislacin debe permitir

alcanzar el desplazamiento ssmicomximo posible y no menos de 1,2 veces

el desplazamiento total de diseo.

6.5.3 Anlisis dinmico

El procedimiento de respuesta lateral dinmica declusula 8 se debe utilizar para el diseo de

estructuras con aislacin ssmica como seespecifica a continuacin:

1. Anlisis espectral

El anlisis de respuesta espectral se puedeutilizar para el diseo de una estructura conaislacin ssmica, siempre que:

a) La estructura est ubicada en un tipo de

suelo I, II, III.

b) El sistema de aislacin est definido portodos los atributos especificados en 6.5.2,

tem 7.

2. Anlisis de respuesta en el tiempo

El anlisis de respuesta en el tiempo se puedeutilizar para el diseo de cualquier estructura con

aislacin ssmica y se debe utilizar para el diseode todas las estructuras con aislacin ssmica queno cumplan con los criterios de b.5.3, tem 1.

C6.5.3 Anlisis dinmico

3. Espectro de diseo especfico del lugar

Los espectros de movimiento del suelo

especficos a un lugar y correspondiente al sismo

C6.5.3, 3 Debido a que suelos blandos tiendena producir espectros de respuesta con

amplificaciones importantes en bandas angostas

de frecuencia, es esencial poder caracterizar

estas bandas para poder evitar que las


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de diseo y al sismo mximo posible se deben

utilizar para el diseo y anlisis de todas lasestructuras aisladas, cuando:

a) La estructura est ubicada en un tipo desuelo IV.

b)La estructura est ubicada a menos de

10 km de una falla activa y capaz.

frecuencias de diseo de la estructura aislada

coincidan con las predominantes del suelo. Unejemplo caracterstico es el contrasentido que

sera fundar un edificio aislado de perodo

cercano a 2 s en las blandas arcillas expansivas

de Ciudad de Mxico caracterizadas porperodos predominantes de 2 s.

C6.5.3, 3bSe define a una falla como activasi hay evidencia de a lo menos undesplazamiento en los ltimos 10 000 aos.

(Perodo Holoceno). Se define adems unafalla activa como ssmicamente capaz si los

desplazamientos de la falla van asociados a

la ocurrencia de sismos.

7 Procedimiento de anlisis esttico C7 Procedimiento de anlisis esttico

7.1 Generalidades

A excepcin de lo indicado en clusula 8, toda

estructura aislada ssmicamente o parte de ella, se

debe disear y construir para resistir como mnimo lasfuerzas y desplazamientos especificados en estaclusula. Las disposiciones de NCh433 tambin sonobligatorias, en lo que no contradigan lasdisposiciones de la presente norma.

C7.1 Generalidades

El objetivo de las frmulas entregadas a

continuacin es acotar los valores de las

propiedades del sistema de aislacin de modoque el diseo resultante sea conservador bajo

todas las fuentes potenciales de variabilidad que

afectan las propiedades del sistema de aislacin.

Adems, las frmulas reconocen que la rigidez y

el amortiguamiento efectivo dependen del nivel

de deformacin y deben ser evaluados para los

niveles ssmicos de diseo y mximo posible.

Esta norma no considera el efecto de diferencias

que puedan ocurrir entre las propiedades de

diseo y reales (as-built) derivando la

responsabilidad del control de calidad de la

estructura y los aisladores al ingeniero calculista.

7.2 Caracterstica fuerza-deformacin delsistema de aislacin

Los desplazamientos y fuerzas laterales mnimas dediseo provocados por sismos en estructuras aisladas

ssmicamente se deben basar en las caractersticasde fuerza-deformacin del sistema de aislacin.

Dichas caractersticas de fuerza-deformacin debenincluir explcitamente los efectos que provoca el

sistema para restringir los efectos del viento, si tal

sistema se usa para cumplir con los requisitos de

C7.2 Caracterstica fuerza-deformacin delsistema de aislacin

C7.2.a Aisladores elastomricos

C7.2.a.1 Los aisladores elastomricos sonuno de los dispositivos ms utilizados

actualmente en el diseo de estructuras

aisladas. El aislador elastomrico consiste en

un conjunto de capas delgadas de goma

natural adheridas a planchas delgadas de

acero formando un sandwich de goma y

acero. Durante su construccin, las lminas de

acero y goma se intercalan horizontalmente

dentro de un molde de acero que da la forma


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diseo de esta norma.

Las caractersticas de fuerza-deformacin del sistema

de aislacin se deben basar en ensayos debidamentefundamentados y realizados de acuerdo con lo

estipulado en clusula 14.

La rigidez vertical mnima del sistema de aislacindebe ser tal que la frecuencia de vibracin propia dela estructura aislada en sentido vertical, suponiendo

una superestructura rgida, debe ser mayor que10 Hz.

geomtrica al aislador. Una vez colocadas estas

lminas en el molde, se coloca el aislador bajouna prensa y se le aplica presin y temperatura

de 140C por un tiempo cercano a las 6 h en el

caso de aisladores circulares de dimetro igual a

60 cm. Durante este proceso la goma sevulcaniza y adquiere su propiedad elstica.

Adems, el calor aplicado produce la reaccin

del pegamento epxico con que se han cubierto

las lminas de goma y acero. La adherenciadebe ser ms resistente que la goma misma y la

falla por cizalle de un aislador debe ocurrir por

ruptura de la goma antes que por una falla del

pegamento goma-acero.

C7.2.a.2 Las gomas de bajo amortiguamiento(LDR) exhiben en general un comportamiento

prcticamente lineal-elstico a bajas

deformaciones y lineal-viscoso a grandes

deformaciones. La razn de amortiguamiento

efectivo es tpicamente menor a 0,07 paradeformaciones angulares que varanentre 0 y 2. Una relacin fuerza-deformacin

caracterstica de un LDR se muestra en Figura

C.6. El diseo de estos aisladores se realiza deacuerdo con ecuaciones C.7 a C.11 que se

presentan en C7.2.c.

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

-20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0

Deformacin Lateral (cm)

FuerzadeCorte(ton)

G = 8,66kg/cm2

= 7,8%Hr= 16,2 cm

Figura C.6 - Ciclo fuerza-deformacin de una

pareja de aisladores de bajoamortiguamiento LDR

C7.2.b Aisladores con corazn de plomo

C7.2.b.1Los aisladores con corazn de plomo(LRB) se construyen en general de goma de bajo

amortiguamiento y se les deja un orificio central

cilndrico en el que se introduce el corazn de

plomo bajo presin. Bajo deformacin lateral, el

plomo se deforma en un estado de corte puro y

fluye a una tensin cercana a los 10 MPa a

temperatura ambiente, produciendo numerosos

ciclos histerticos estables. Debido a que el

plomo recristaliza a temperatura ambiente


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(20C aproximadamente), su fluencia repetida

no produce falla por fatiga. Una de las grandesventajas de los aisladores con corazn de plomo

es que producen en forma natural un nivel de

rigidez inicial importante para cargas de servicio.

Un ciclo tpico de fuerza-deformacin de unaislador con corazn de plomo se muestra en

Figura C.7.

-50,0

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

-20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0


Fuerzade

Corte(ton)

G = 6,93 kg/cm2

= 31,0%H

r= 16,2 cm

Figura C.7 - Ciclo fuerza-deformacin de una parejade aisladores con corazn de plomo LRB

C7.2.b.2La capacidad del aislador a cerodeformacin, Q , se puede aproximar por:

ypAQ = (C.4)

en que:

pA= rea de plomo; y

y = tensin de fluencia.

Por otra parte, la rigidez post-fluencia del

aisladorpk es en general mayor que la

rigidez de la goma del aislador sin el corazn

de plomo. De esta forma:

r

r

LpH

GAfk = (C.5)

en que:

G = mdulo de corte de la gomacalculado tpicamente a = 0,5;

rA= rea de la goma adherida al acero;

rH= altura total de goma en el aislador; y

Lf= aproximadamente 1,15.


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Como regla prctica, la rigidez inicial del

aislador es entre 6,5 y 10 veces su rigidez depost-fluencia.

C7.2.b.3El ciclo fuerza deformacin de unaislador LRB se puede representar por

un comportamiento bilineal como se indica enFigura C.8. El modelo requiere la definicin de

tres parmetros: la fuerza de fluencia yF , la

rigidez post-fluenciapk , y el desplazamiento

de fluenciayD . Conocido el desplazamiento

de fluencia, la fuerza de fluencia es:

ypy DkQF += (C.6)

en que:

KQDy /= = con K= (5,5 a 9) pk

El modelo bilineal para la pareja de aisladores

LRB de Figura C.7 se muestra en Figura C.8.

-50,0

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,020,0

30,0

40,0

50,0

-20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0


Fuerza

de

Corte

(ton)

Goma

Hr = 16,2 cm

eq = 12,6%

Gsec

= 5 kg/cm2

Plomo

y= 100 kg/cm2

Figura C.8 - Ajuste de un modelo bilineal al ciclofuerza-deformacin de una pareja de aisladores LRB

C7.2.c Aisladores de alto amortiguamiento

C7.2.c.1Los aisladores ssmicos de altoamortiguamiento estn hechos de un

compuesto especial de goma que permite

alcanzar tpicamente valores para la razn de

amortiguamiento entre 0,10 y 0,20 para

deformaciones angulares menores a = 2

aproximadamente. Es importante recalcar quela inclusin de nuevos aditivos qumicos en la

frmula de la goma de alto amortiguamiento

afecta tambin a otras propiedades mecnicas

de ella como la elongacin de ruptura. Unciclo tpico de un aislador de alto

amortiguamiento se muestra en Figura C.9.


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-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

-20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0


FuerzadeCorte(ton)

G = 4,54 kg/cm2

= 16,8 %Hr = 16,2 cm

Figura C.9 - Curva fuerza-deformacin deuna pareja de aisladores de alto

amortiguamiento HDR

C7.2.c.2 Como ocurre con la mayora de losdispositivos de goma, los aisladoreselastomricos requieren de un proceso de

estabilizacin mecnica del ciclo fuerza-

deformacin conocido como scragging.Durante el scragging el aislador se somete a

varios ciclos de deformacin lo que modifica

la estructura molecular del compuesto de

goma, produciendo ciclos de fuerza-deformacin ms estables para deformaciones

menores a la que se somete durante el

scragging. Estudios recientes muestran que

las propiedades iniciales del compuesto sinscragging se recuperan parcialmente con el

tiempo; tal recuperacin depende delcompuesto utilizado.

C7.2.c.3Tpicamente, en el anlisis deestructuras aisladas con aisladores HDR, la

constitutiva fuerza-deformacin se modela

como un sistema bilineal cuyas propiedadesdependen de la razn de amortiguamiento

efectivo ef y el mdulo de corte tangente G ,

para un determinado nivel de deformacin

angular . La rigidez postfluencia pk se puede

calcular como (ver Anexo A, [5] y [14]):

r

pH

GAk = (C.7)

en que:

rH= representa la altura total de goma

del aislador. Por otra parte,

la resistencia caracterstica Q para

deformacin nula se puede

expresar como:


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yef

pef

DD

Dk

Q2)2(

2

=

(C.8)

en que:

yD= desplazamiento de fluencia, el que

se puede aproximar por un valor

que vara entre 0,05rH y 0,1 rH .

Por ltimo, la fuerza de fluencia del aislador

se puede estimar como ypy DkQF += .

Alternativamente estas expresiones se pueden

escribir en trminos de la rigidez efectiva(secante) como:

)(2

2

y

efef

DD

DkQ

=

(C.9)

en que:

efk= se determina de acuerdo con la curva

de ensayo y el procedimiento

descrito posteriormente; el mdulo

efectivo (secante) de la goma resulta:

A

HkG

ref

ef = (C.10)

C7.2.c.4La modelacin bilineal de laconstitutiva fuerza-deformacin para un

aislador de dimetro = 60 cm, rea

82724/602

==A cm2, 6=efG kg/cm2,

yrH = 16 cm, se muestra en Figura C.10.

-50,0

-40,0

-30,0

-20,0

-10,0

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

-20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0


FuerzadeCorte(ton)

Hr = 16,2 cm

eq = 126%

Gsec = 6,07 kg/cm2

eq = 12,6%Gsec = 5 kg/cm

2

Figura C.10 - Definicin de modelo bilineal de unapareja de aisladores de alto amortiguamiento HDR

C7.2.c.5En Figura C.10 el valor delparmetro U corresponde a la razn entre la


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fuerza para deformacin nula y la fuerza para

deformacin mxima en un ciclo determinado.Este parmetro se puede usar

alternativamente a la deformacin de fluencia

yD en la definicin del ciclo histertico del

modelo bilineal.

C7.2.c.6Otro modelo ms preciso que elanterior, utilizado para gomas de alto

amortiguamiento, es la constitutiva de Bouc-Wen (SAP 2000) que en el caso

unidimensional se puede escribir como:

zxKf

xAzxvzzxz

d

nn

)1(

1

+=

+=

!!!!

(C.11)

en que:

z = representa la componente no-

lineal de la fuerza;

Avn y,, = parmetros del estado z del

elemento que controlan la

forma del ciclo;

= parmetro que regula la

importancia relativa entre laparte lineal ( dk ) y no-lineal (z )

de la constitutiva.

C7.2.d Rigidez vertical de los aisladores

C7.2.d.1 La rigidez vertical de un aislador seescoge tpicamente para producir una

frecuencia vertical de vibracin del sistema

superior a 10 Hz. La rigidez vert ical de unaislador se define como:

r

czH

AEk = (C.12)

en que:

cE= representa el mdulo de compresin

para el conjunto goma-acero. En el

caso de un aislador circular, el

mdulo de compresin cE resulta

(ver Anexo A, [13]):


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+= KSGE efc 3

4

6

11

2 (C.13)

en que:

K = mdulo de compresibilidad de la

goma (que tpicamente adopta un

valor de 2 000 MPa); y

S = primer factor de forma delaislador, que en el caso de un

aislador circular es S= t4/ , en

que tes el espesor de las lminasde goma.

En base a estos resultados se demuestra que la

razn entre la frecuencia vertical y lateral de la

estructura aislada es aproximadamente igual a:

G

KSG

G

E

f

f efc

h

v

1

23

4

6

1

+

== (C.14)

es decir, vf = 35,4 hf para un aislador con

S= 25, efG = 0,8 Mpa, y K= 2 000 MPa. Si

el perodo fundamental del sistema aislado es

de 2,5 s, la frecuencia vertical de vibracin es

vf = 14 Hz, aproximadamente, superando el

lmite de 10 Hz. Es posible demostrar que la

rigidez vertical de un aislador es similar a larigidez vertical de una columna de hormign

armado de un piso tipo y seccin idntica a la

del aislador.

C7.2.d.2Eventualmente, el sistema puedeexperimentar una amplificacin de la aceleracinvertical del suelo debido a su flexibilidad vertical

modificando la carga axial sobre los aisladores,la que se debera considerar.

C7.2.d.3Por ltimo, la deformabilidad axial delaislador, aunque pequea, se debe considerar enadicin al descenso que experimenta el aislador

como resultado de su deformacin lateral. Para

tal efecto la estructura debe considerar una

separacin vertical mnima entre los elementos

de la superestructura y subestructura. La

Figura C.11 muestra el descenso experimentado

por una aislador de dimetro 60 cm como


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resultado de la deformacin lateral .

nch2745-2003 análisis y diseño de edificios con aislación sísmica

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