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FILOSOFÍA DE DISEÑO DE LANORMA NCh433.Of96
� Protección de la vida
� Lograr estructuras que:
� Resistan sin daños durante sismos de intensidad moderada� Resistan con daños limitados (en elementos no estructurales) durante sismos de
mediana intensidad.� Aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad
excepcionalmente severa.
La Norma señala que la conformidad con sus disposiciones no asegura, en todoslos casos, el cumplimiento de los objetivos antes mencionados.
3
FILOSOFÍA DE DISEÑO AMPLIADA
(incluida en NCh2369)
� Protección de la vida humana y de los contenidos.
� Control de daños a través de la identificación de “niveles de desempeño”.
� Aceptación del daño como decisión objetiva de diseño.
5
Es importante tener presente que el análisis normativo considera la aplicación de unmodelo lineal, lo que ignora una serie de factores no lineales, pero que en muchoscasos, se pueden incluir sin grandes dificultades.
Entre otros, se sugieren los siguientes:
1. Diseño por Capacidad2. Diseño por Desempeño3. Pushover Inverso4. Aislación y Disipación de Energía5. Calificación Estructural
1. DISEÑO POR CAPACIDAD
6
Eslabones Frágiles Eslabón Dúctil Eslabones Frágiles
Pis�P0
Pi
P0
Elabones Frágiles + 1 Eslabón Dúctil � Cadena Dúctil(a) (b) (c)
P0 P0
Pi
P0
Pis
ANALOGÍA DE PAULAY Y PRIESTLEY
2. DISEÑO POR DESEMPEÑO
Ley de la Oferta y la Demanda
7
� Oferta: Capacidad Resistente que ofrece la estructura. Válida para todo nivel de Demanda.
� Demanda: Exigencia de Resistencia que demandandiferentes niveles de severidad de las solicitaciones sísmicas (Estados Límites).
OFERTA ≥ DEMANDA
�
��
Mg
V
g
a ��
Mg
V
g
a
�u�y
�
Compensación área
Donde:� �� �u y�� �4 6
8
V
�
CAPACIDAD DE LA ESTRUCTURAMÉTODO “PUSHOVER”
DEMANDA SÍSMICANIVELES DE DEMANDA VISION 2000
9
Nivel deDemanda
Sismo Probabilidad de Excedencia
Período deRetorno
1 Frecuente 50% en 30 años 43 años
2 Ocasional 50% en 50 años 72 años
3 Esporádico 10% en 50 años 475 años
4 Muy Esporádico
(Raro)
10% en 100 años 970 años
NIVELES DE DESEMPEÑO VISION 2000
Nivel deDemanda
Nivel deDesempeño
Desempeño Estructural /HObjetivo
1 Servicio • Ausencia de daños, desempeño elástico. 0.002
2 Operacional • La estructura no deberá experimentar daño, o éstos serán mínimos, de modo tal que se garantice su normal operación.
0.005
3 DañoControlado
• La estructura podrá experimentar daños significativos, pero deberá quedar una reserva adecuada para evitar el colapso.
0.015
4 Ultimo • La estructura podrá experimentar importantes daños estructurales y no estructurales. Su rigidez se habrá degradado de manera significativa, pero no deberá alcanzar el colapso.
0.025
10
PROPUESTA PARA CHILESólo 3 niveles
Nivel de Desempeño
Proposición de los
Niveles de Demanda
Desplazamiento Objetivo
Ductilidad Global
Servicio Sae/R* 0.002 1.0
Operacional 1.4 Sae/R* 0.005 2.0
Daño Controlado
Sae 0.015 3.0
11
R :Factor de Modificación de Respuesta:Ductilidad Global
T :Período To :Parámetro Característico del SueloSae - Sde :Diagrama de Demanda ElásticaSai - Sdi :Diagrama de Demanda Inelástica
T
R
1
����
To
aeai SR1
S ���
���� dedi S
RS �
��
��� ��
12
RELACIÓN ENTRE DEMANDA ELÁSTICA E INELÁSTICA
Diagrama de Demanda Inelástica
g
Sai
Sdi
�
VERIFICACIÓN DE LAS EXIGENCIAS EN EL PUNTO DE DESEMPEÑO
14
� Para el caso de edificios diseñados con NCh433.Of.96 ,en el Estado Límite de "Daño Controlado“:
� PD � 3
� � �� �PD y H0 015.
15
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
Sd (m)
Sa (
g)capacidad
demanda u= 1
demanda u= 1.5
demanda u= 3
Punto deDesempeño
EJEMPLO
16
• Retenga las características del Pushover Convencional, pero que se oriente al diseño por capacidad.
• Sea aplicable a modelos estructurales complejos, de barras y elementos finitos, de variada naturaleza constitutiva.
3. PUSHOVER INVERSO
Consiste en crear un procedimiento que:
17
Se desea controlar el diseño a través del mecanismo de falla definido por las 4 etapas que se muestran a continuación.
En cada etapa se indica el factor de desplazamiento acumulado para el que se alcanza dicha situación.
La solución de este ejemplo se obtiene fácilmente mediante el empleo de programas convencionales de análisis de estructuras planas.
EJEMPLO
19
4. AISLACIÓN Y DISIPACIÓN DE ENERGÍA
� Aisladores en la Base
� Amortiguadores de masa en sintonía (Tuned Mass Dampers)
� Disipadores de Energía entre pisos (amortiguadores)
� Otros sistemas de disipación pasiva o activa
AISLADORES Y DISIPADORES DIVERSOS
20
Goma
Lámina de Acero
Núcleo de Plomo
Placa de Montaje
Aislador de goma
Amortiguador viscoso TADAS (Triangular Added Damping And Stiffness)
Péndulo de fricción
23
5. CALIFICACIÓN SÍSMICA DE EDIFICIOS
� La norma NCh433, en sus distintas versiones, permite el uso de unmodelo lineal de análisis, que no brinda certeza respecto delcumplimiento de la filosofía que inspira a dicha normativa.
� El estudio formal del comportamiento sísmico de una estructurarequeriría el uso de modelos teóricos no lineales.
� Sin embargo, con el apoyo de la experiencia acumulada, es posible, apartir de los análisis normativos, detectar aspectos que han originadoun satisfactorio comportamiento de los edificios chilenos en sismospasados.
24
¿CÓMO 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 deestructuración.
� Los valores de los indicadores sísmicos provienen del análisis sísmiconormativo.
� Los rangos de valores de dichos indicadores se obtuvieron de la experienciachilena, a partir de una muestra constituida por 585 edificios reales construidosen el país, que generaron 1170 casos de estudio.
� Trabajos posteriores confirmaron la factibilidad de utilización de rangos enedificios de gran altura (rascacielos).
INDICADORES DELPERFIL BÍO-SÍSMICO DE EDIFICIOS
BASE DE DATOS
INDICADORES SÍSMICOS
• de Rigidez
• de Acoplamiento
• de Redundancia Estructural y Demanda de Ductilidad
25
284
380
248
166
68
182 2 2 4 4 2
0
100
200
300
400
0 -
5
5 -
10
10 -
15
15 -
20
20 -
25
25 -
30
30 -
35
35 -
40
40 -
45
45 -
50
50 -
60
60 -
80
80 -
100
100
-
Nú
me
ro d
e C
as
os
Número de Pisos
Casos de Estudio
Perfil Original585 Edificios1170 Casos de Estudio
12 Edificios Altos24 Casos de Estudio de Edificios Altos
26
27
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
28
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
Alt
ura
[m
]
Periodo [s]
Altura vs. Periodo
H/T=150
H/T=70
H/T=30
H/T=20
28
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
29
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 (1000�cg/h) 0,763 0,257 0 0.2 2
5.-Máx. desplaz. de entrepiso en puntos extremos (1000�ext/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
30
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 seubica 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 volcantebasal debido a las solicitaciones sísmicas.
31
• ACOPLAMIENTO
• Lograr estructuraciones que separen los modos fundamentalesde manera tal que el cuociente entre períodos fundamentales sealeje de la unidad, en alrededor de un 20%.
• Procurar que el periodo torsional sea menor que los periodostraslacionales.
• 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.
32
• REDUNDANCIA Y DUCTILIDAD
• Disponer de no menos de tres líneas resistentes en cada direcciónde análisis.
• Valores de R** iguales o inferiores a 3, no requieren estudioscomplementarios al análisis normativo.
• Valores de R** comprendidos entre 3 y 7, podrán requerir elestudio del desempeño estructural mediante procedimientos nolineales aproximados tipo "push-over".
• Valores de R** superiores a 7, podrán requerir el estudio deldesempeño estructural mediante procedimientos no linealesrefinados.
• Verificar que el valor resultante de R** sea efectivamente provistoen el diseño.
33
• DENSIDAD DE MUROS
• Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de loselementos resistentes sea mayor o igual al 2% de la superficie dela losa de cielo de dicho piso.
• Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de loselementos resistentes sea mayor o igual al 1‰ de la superficie delosas de cielo superiores acumuladas hasta dicho piso.
• En edificios de hormigón armado, se debe verificar que eldesplazamiento lateral en el techo, δu=1.3Sde(Tag), sea inferior, o a losumo igual, al 7‰ de la altura total del edificio.
• En edificios de materiales que no aceptan agrietamiento, laexpresión se modifica a δu=1.3Sde(T), pero se mantiene el requisitoque limita este valor al 7‰ de la altura total del edificio.
34
35
• REFERENCIAS
•T.Guendelman, M. Guendelman, J. Lindenberg, "Perfil Bío-Sísmico deEdificios”, VII Jornadas Chilenas de Sismología e IngenieríaAntisísmica y Primer Congreso Iberoamericano de Ingeniería Sísmica,La Serena, Chile,1997.
•R. Henoch, J. Lindenberg, T. Guendelman y M. Guendelman, “PERFILBIO-SISMICO DE RASCACIELOS”, X Congreso Chileno de Sismología eIngeniería Antisísmica, Santiago, Mayo 2010.