presentacion nch2745 2013-03-26 rodrigo retamales

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


http://www.dis-inc.com/



5 Video Cortesía K. Saito

Terremoto

Tohoku Japón

Mw=9

Edificio Shimizu

Corporation

Fuente: USGS


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:


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


Dinámico

15


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



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



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


20

Ensayo para cargas de viento Ensayo para 0.2DD


Ensayo para 1DD Ensayo para 0.5DD

21

Ensayo para 1DTM Ensayo para 10 ciclos a 1.0DTD


22

Ensayo de estabilidad bajo carga máxima y

desplazamiento máximo creíbles


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)


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

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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

46

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!

¿Preguntas? 49

presentacion nch2745 2013-03-26 rodrigo retamales

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