normas

revista a CH isi N a desplazamientos remanentes menores, y algún sistema de disipación de energía para controlar el desplazamiento relativo máximo de la base. Una vez colocado un elemento restitutivo (resorte o similar), el edificio pasa a comportarse como un oscilador que vibra sobre su base con cierta frecuencia propia. El aislamiento de base consiste, en esencia, en la disminución de la frecuencia propia de la estructura mediante un sistema aislante en su base de manera de alejarla de las frecuencias de mayor energía de los terremotos, “desintonizando” así al edificio de la “señal sísmica” agregándole, al mismo tiempo, amortiguamiento para reducir aún más las deformaciones; por esto es más efectivo mientras mayor sea dicha frecuencia propia. El aislamiento en la base forma parte de los llamados Sistemas de Protección Sísmica, siendo éste el más efectivo de todos ellos. Otros dispositivos de protección son los disipadores de energía, que se instalan al interior de la estructura con el fin de reducir la respuesta dinámica, los cuales pueden ser de tipo pasivo, semi-activo o activos. Por último, también se emplean amortiguadores mecánicos de masas sintonizadas que se ubican en el nivel superior del edificio. Los principales sistemas empleados actualmente para aislamiento sísmico en la base son los elastoméricos (goma natural, neopreno u otros) y los deslizantes o rodantes, aun cuando también se han empleado resortes de acero.

La goma es un material que tiene la propiedad de ser prácticamente incompresible, de manera que si se la refuerza adecuadamente con placas de acero, se obtiene un elemento muy rígido en dirección vertical y flexible, por deformación de corte, en dirección horizontal (típicamente del orden de 400 veces más rígido en vertical que en horizontal), lo que la hace ideal para ser empleada en apoyos aislantes. La goma tiene también otras propiedades deseables: es durable en condiciones ambientales adversas, fácil de trabajar, no lineal en su relación fuerza/deformación, gran resistencia, amortiguamiento propio y un costo abordable. Es por ello que la mayor cantidad de aplicaciones de aislamiento sísmico ha sido mediante dispositivos elastoméricos. Dentro de ellos se pueden distinguir tres tipos: de goma de bajo amortiguamiento (que en general deben combinarse con elementos disipadores de energía), de goma de alto amortiguamiento, y de goma con núcleo de plomo. El plomo actúa como un disipador de energía incorporado dentro del dispositivo aislante. La capacidad de carga de estos aisladores depende de su tamaño, pudiendo llegar a 500 ton o más, quedando sus dimensiones limitadas por razones arquitectónicas. Otro tipo de aisladores muy utilizados son los deslizantes, normalmente consistentes en superficies de acero inoxidable, pulidas al espejo, sobre las cuales deslizan elementos de teflón. Las superficies pulidas pueden ser planas, en cuyo caso deben combinarse con otros elementos que incorporen la fuerza restitutiva, o cóncavas, caso en que la fuerza restitutiva

Aislador de goma son núcleo de plomo

Aislador de péndulo de fricción

Aislador de resortes y amortiguador hidráulico Esquema aislador de fricción de doble acción

surge de la componente horizontal de la reacción del peso propio sobre la superficie inclinada. Estos aisladores incorporan también disipación de energía por roce entre el teflón y el acero. En ocasiones, es necesario agregar mayor capacidad de disipación de energía y se colocan en paralelo amortiguadores ya sea de tipo viscoso, de roce o de histéresis de metales dúctiles. Existen actualmente alrededor de 20.000 estructuras en 30 países protegidas mediante aislamiento sísmico o algún otro sistema de disipación sísmica. Por lejos, el país con más aplicaciones es Japón, con más de 6.600 edificios. Le siguen en número de aplicaciones China, Rusia, Italia y Estados Unidos. Pero si se calcula el número de aplicaciones por habitante, aparece en primer lugar Japón, seguido por Armenia, un pequeño país que cuenta con más de 40 edificios aislados sísmicamente. En tercer lugar, queda Nueva Zelanda, país pionero en la aplicación de sistemas de protección sísmica, en particular los basados en la acción del plomo como elemento disipador de energía. Edificios equipados con sistemas de aislamiento en la base han sido probados en grandes terremotos destructivos ocurridos en años recientes, tales como Northridge, 1994, Maule, 2010, Canterbury, 2010, Christchurch, 2011 y Tohoku, 2011. En todos los casos el comportamiento ha sido excelente. Lo mismo se puede decir respecto al comportamiento de puentes con aislamiento. Sin embargo, en el caso del terremoto de Tohoku, si bien los puentes resistieron bien el movimiento del suelo, aquéllos sometidos posteriormente a la acción del maremoto fueron destruidos por efecto del empuje de la ola que los hizo volcar en el sentido de la corriente. Esta vulnerabilidad a la acción de los maremotos, que bien podría darse también en edificios, debería ser considerada al proyectar puentes y edificios con aislamiento de base en zonas inundables. La primera aplicación concreta en Chile se plasmó el año 1992, con la construcción de un edificio aislado sísmicamente en el conjunto Comunidad Andalucía, localizado en la Comuna de Santiago. Consiste en un edificio de hormigón armado y albañilería confinada de 4 pisos sostenido por 8 aisladores de goma natural reforzada de alto amortiguamiento. Tanto la goma como los aisladores fueron desarrollados en la Universidad de Chile y fabricados en una industria local, con la asesoría del Prof. James Kelly de la Universidad de California, Berkeley. Este edificio, junto a otro gemelo sin sistema de aislamiento, ha sido monitoreado en forma permanente mediante una red de acelerómetros, obteniéndose invaluable información sobre el comportamiento de edificios con aislamiento sísmico a través de los numerosos registros obtenidos. Entre ellos se encuentra el terremoto del Maule del 27-02-2010. En este sismo, las aceleraciones máximas a nivel de techo fueron, en dirección longitudinal, fueron la quinta parte en el edificio aislado de las registradas en la misma ubicación en el edificio de base fija. El edificio con sistema de protección sísmica no presentó ningún tipo de daño estructural, mientras el gemelo sin aislación presentó algunas fisuras en un muro de albañilería del 2º piso.

Edificio aislado en Comunidad Andalucía

Fundación: ubicación aisladores

Registros del terremoto del Maule de 2010 en dirección longitudinal a nivel de techo. Arriba, edificio de base rígida. Abajo, edificio aislado

La intensidad de Arias nos da una medida de la energía absorbida por el edificio durante un sismo. Si usamos este parámetro para comparar el efecto de la aislación en el edificio de la Comunidad Andalucía respecto al gemelo no-aislado, se observa que la reducción es más dramática aún que para las aceleraciones máximas y que ella depende de la intensidad del sismo. En la figura siguiente se ha graficado en escalas logarítmicas las razones entre la intensidad de Arias en el techo del edificio no-aislado y la misma en el edificio aislado. Cuando el sismo es fuerte, alcanza valores del orden de 50. También se ha dibujado la razón entre este parámetro medido en el techo del edificio no-aislado y su valor en el registro del suelo; se puede ver que esta razón es mucho menor cuando el sismo es grande, tendiendo a valores cercanos a uno, es decir, no habría amplificación.

Aislación de puentes

En el año 1996 se construyó el puente Marga-Marga de Viña del Mar, el primer puente aislado en Chile, también con aisladores de goma natural de alto amortiguamiento fabricados en el país. Éste se encuentra instrumentado con una red de 24 acelerómetros perteneciente a la Universidad de Chile que ha registrado todos los sismos de mediana y gran intensidad a que ha estado sometido desde su construcción.

Razón Intensidad Arias

100

10

1

0.1

1 4º no-ais/ 4º ais 4ºais/suelo

10 100

Intensidad Arias suelo

1000 10000

Ubicación acelerómetros en Puente Marga-Marga en Viña del Mar puente Marga-Marga

Ubicación aisladores

Plataformas para instrumentación

Registro del sismo del 23 de agosto de 2014

Ubicación acelerómetros en puente Marga-Marga

Posteriormente, se construyó el puente Amolanas, en el Km 308 de la Carretera Panamericana Norte, con un sistema de aislamiento sísmico de tipo deslizante y amortiguadores viscosos, el cual se encuentra instrumentado con acelerógrafos y sensores de desplazamiento.

Amortiguador hidráulico

Apoyo deslizante

Es destacable mencionar, también, que el viaducto de la línea 5 del metro de Santiago se encuentra apoyado en aisladores de neopreno y uno de sus tramos, adyacente a la estación Mirador, está instrumentado con acelerómetros habiéndose registrado los sismos que han afectado al lugar desde 1998. Por otra parte, la Pontificia Universidad Católica de Chile ha hecho también un aporte significativo en la aplicación de sistemas de aislamiento sísmico. Un proyecto FONDEF le permitió equipar su laboratorio de estructuras con elementos de ensayo de aisladores, que luego ha seguido mejorando siendo actualmente el único laboratorio en el país con la capacidad de ensayo de aisladores de gran tamaño. Un edificio del Campus San Joaquín fue equipado con aisladores de goma, así como la clínica San Carlos de esa universidad. En los últimos años, el uso de sistemas de protección sísmica de edificios se ha extendido en Chile. Se han construido, o están en etapa de proyecto, más de 20 edificios de alturas de hasta 28 pisos y cerca de 10 puentes o viaductos con aisladores de goma de alto amortiguamiento o deslizantes. A esto hay que agregar obras de otro tipo, como los telescopios VLT de Cerro Paranal, estanques de GNL de Ventanas y Mejillones, centros de datos de Claro y HP, hospitales de Universidad de Los Andes, Militar, de Talca y Antofagasta, el templo Baha’i en Santiago y un muelle en Coronel, la mayoría con aisladores elastoméricos con núcleo de plomo. Todos ellos soportaron en forma excelente el sismo del 27-02-2010, con desplazamientos en la base de entre 8 y 12 cm, valores menores que los medidos en edificios aislados en las zonas afectadas por el terremoto de Tohoku de 2011. En este último caso, alrededor de 130 edificios con aislación sísmica se encontraban en la zona afectada por el sismo, los cuales en general tuvieron deformaciones en los aisladores de menos de 20 cm, pero en un caso éste alcanzó los 40 cm.

Disipadores de energía

Además de los sistemas de protección sísmica de aislamiento basal y a veces como complemento de ellos, se deben mencionar los disipadores de energía, dispositivos que se instalan dentro de la estructura para disipar energía cinética y evitar así la resonancia. Estos son principalmente de tres tipos: viscosos, de fricción e histeréticos o de fluencia de metales. Se usan principalmente en edificios flexibles y son muy efectivos para reducir el movimiento debido al viento, pero no tan eficaces como la aislación en la base para protegerse de los sismos.

Tipos de Disipadores de Energía Viscosos: dependen de la velocidad (F=kf(va))

• Deformación de materiales viscoelásticos • Fluidos viscosos

Histeréticos: dependen de los desplazamientos (F=kf(u))

• Deformación plástica o extrusión de metales • Disipadores por fricción

Otros

• Materiales superelásticos o con memoria de forma • Amortiguadores de masa sintonizada

Una aplicación destacable es el edificio Titanium, de 50 pisos, que tiene incorporado un sistema de disipación de energía en su estructura de tipo histerético, el cual tuvo un buen comportamiento durante el último gran sismo, aunque la intensidad de éste sólo hizo trabajar a los disipadores en forma leve, no siendo necesario su reemplazo luego del sismo. Finalmente, se deben mencionar los amortiguadores de masa sintonizada, consistentes en un péndulo de una frecuencia similar a la del edificio que se coloca en el nivel superior de éste para amortiguar las vibraciones en su modo fundamental de vibrar. Se han empleado mucho en otras partes para evitar las vibraciones por resonancia ante vórtices de viento, pero su efectividad para protección sísmica es reducida. Un ejemplo destacado de esta tecnología es el edificio Araucano, ubicado en Avda. Presidente Riesco, Las Condes, el cual posee dos péndulos sintonizados a su frecuencia fundamental ubicados en el nivel superior, de aproximadamente 200 ton cada uno, para reducir las vibraciones de torsión. Otro ejemplo es el péndulo empleado en el edificio de la Cámara Chilena de la Construcción.

EVOLUCION DE LA NORMATIVA SÍSMICA CHILENA

PRIMERA NORMA SÍSMICA CHILENA

A juicio del profesor Rodrigo Flores A., el terremoto de Talca de 1928 puede ser considerado como la primera norma sísmica para edificios del país, al poner en marcha las acciones que culminan con la Ley de Ordenanza General de Construcciones y Urbanización que toma vigencia legal en 1931. Más adelante, surgen las normas que explícitamente se refieren al cálculo y diseño sismorresistente.

NORMA PROVISORIA 1968, 433p.68

Esta norma provisoria introduce, por primera vez, el requerimiento de realizar un análisis dinámico, a través del método de superposición modal espectral. Indicaba el uso de los tres primeros modos de vibración, la regla de superposición modal espectral de desplazamientos y esfuerzos modales, promediando el máximo posible (suma de valores absolutos) y el máximo probable (raíz cuadrada de la suma de cuadrados). Las ordenadas espectrales, a/g, incorporan la caracterización del suelo (T0), del uso del edificio (K1) y de su forma estructural (K2). Las expresiones del espectro de aceleraciones fueron: • a/g=0.1K K1 2 , para T menor o igual que T0, y • a/g=0.2K1K2T T0/ (T2+ T0 2), para T mayor o igual que T

0.

Los valores asignados a T

0 fueron: • 0,15 s, para roca, grava densa o grava arenosa densa. • 0,30 s, para arena densa y suelos cohesivos, duros o firmes. • 0,90 s, para suelos granulares sueltos y para suelos cohesivos, medianos y blandos.

Otro aporte de esta norma consistió en exigir que el esfuerzo de corte basal no pueda estar por debajo de un valor mínimo, Kestablecido como 0,06K1 2P, en que P es el peso total del edificio sobre el nivel basal. Indica, a su vez, qué desplazamientos y esfuerzos combinados se deberán amplificar proporcionalmente, de manera que dicho esfuerzo de corte alcance el valor señalado, como mínimo. Como consecuencia de su carácter innovador, la norma se refugió en los procedimientos estáticos, estableciendo un mecanismo de control, al requerir que en ninguno de los niveles las solicitaciones sísmicas de cálculo podrían ser inferiores al 60% de las que corresponden a las fuerzas calculadas según el método estático de análisis.

NCh433.Of72

Esta versión de la norma se crea pocos años después, y se le considera como la primera norma moderna oficial. En ella se modifican algunas de las disposiciones de la provisoria de 1968, derivadas del mayor conocimiento adquirido a esa fecha. Las principales modificaciones son las siguientes: • El parámetro T0, para roca, grava densa o grava arenosa densa, sube a 0,20 s. • Se modifica la expresión de la regla de combinación modal, exigiendo un número de modos mayor o igual a 3. • En los edificios que cuenten con diafragmas rígidos a nivel de los pisos y cubierta, las fuerzas horizontales aplicadas al nivel de cada piso deberán ser distribuidas entre los diversos elementos destinados a resistir dichas fuerzas de modo que en cada nivel exista equilibrio de fuerzas y compatibilidad entre las deformaciones de esos elementos y la condición de diafragma rígido. • Deberá verificarse que los diafragmas tienen rigidez y resistencia suficientes como para lograr la distribución mencionada. Si no la tuvieren, deberá tomarse en cuenta su flexibilidad en la distribución de los esfuerzos sísmicos. • En los pisos sin diafragmas rígidos los elementos resistentes se calcularán con los esfuerzos horizontales que directamente les correspondan.

NORMA NCh433.Of96

Esta norma señala, explícitamente lo siguiente: “Particularmente, las disposiciones para edificios de muros de hormigón armado están inspiradas en el satisfactorio comportamiento que tuvieron durante el sismo de mazo de 1985, los edificios de este tipo diseñados de acuerdo con la norma NCh433.Of72”. El terremoto del 3 de marzo de 1985 puso a prueba las bondades de la norma de 1972, pero adicionalmente, aportó antecedentes que dieron lugar a la versión de 1996. Uno de estos aportes se refiere a la descripción de la Filosofía implícita de diseño sísmico, en la que se identifica el comportamiento esperado de la estructura. • Para un sismo moderado, se espera un comportamiento linealmente elástico, con ausencia de daños estructurales.

• Para un sismo fuerte, incursión moderada en el rango plástico, con deformaciones remanentes mínimas, fisuras o grietas menores y estructura recuperable. • Para un sismo severo, incursión franca en el rango plástico, con deformaciones remanentes, grietas de consideración, reparabilidad incierta, pero ausencia de colapso. En lo relativo a las disposiciones para el análisis y diseño sísmico, destacan: • Clasificación del Tipo de Suelo. Tipos I a IV, de mayor a menor rigidez y capacidad. • Zonificación del territorio. Zonas 1,2 y 3, en franjas longitudinales, de mar a cordillera. • Incorporación del Factor de Modificación de Respuesta (R, para método estático y R0 para método dinámico). • 5% de amortiguamiento modal uniforme. • Número de modos tal que la suma de masas equivalentes sea mayor o igual al 90% de la masa total del edificio. • Regla CQC de combinación modal

NORMA NCh433.Of1996, modificada en 2009

Luego de trece años de exitoso empleo de la norma de 1996, fue necesario introducir actualizaciones consecuentes con el nuevo nivel del estado del arte de la disciplina. Los principales fueron los siguientes: • “Esta norma es aplicable sólo a materiales o sistemas que tengan una norma técnica de diseño sísmico”. • Se reemplaza categorías A, B, C, D por IV, III, II, I. • Se modifica el párrafo 5.1.1, en la forma siguiente: “Aun cuando los puntos anteriores mencionan tres niveles de intensidad del movimiento sísmico, esta norma no los define en forma explícita. Por otra parte, el estado del arte en la disciplina no permite establecer objetivos de desempeño más específicos que los antes genéricamente señalados”. • Se modifica Tabla 5.1 para agregar R diferenciados por tipo estructural para el material acero. • Se elimina referencia a Hormigón Armado. • Se modifica referencia a Acero Estructural. • Se incluye combinaciones de carga • Se reduce a un 30% la componente sísmica del empuje en muros de subterráneos.

MODIFICACIONES ORIGINADAS POR EL SISMO DE 27/02/2012

Las fallas generalmente observadas en edificios diseñados con las normas de 1972 y de 1996, fueron consistentes con fallas de corte (grietas diagonales en muros y dinteles). A partir de los registros preliminares obtenidos en forma inmediata a la ocurrencia del sismo de 27 de febrero de 2010, se construyeron espectros de diseño que indicaban demandas sísmicas muy importantes en edificios flexibles. A la vez, se observaron grietas horizontales en los pisos inferiores de los muros resistentes, inéditos en sismos anteriores. Estas grietas pudieron ser explicadas como de tipo mixto, flexión-tracción y flexión-compresión. En el análisis de casos de estructuras con evidencias de este tipo de fallas, se pudo apreciar que, sistemáticamente, se asociaban a suelos que debieron clasificarse como de tipo III y que por una ambigüedad normativa, quedaron clasificados como de tipo II. Hay que destacar que entre uno y otro tipo de suelo existe una fuerte diferencia entre los espectros de diseño de la norma NCh433.Of1996, modificada en 2009. Los estudios que se pudieron realizar con los registros preliminares indicaron tres acciones urgentes, las que quedaron plasmadas en el Decretos Supremo D.S. Nº117, oficializado en febrero de 2011: • Revisión de los requerimientos para efectuar una correcta clasificación del tipo de suelo. • Modificación de la demanda sísmica a través de la generación de nuevas familias de espectros de diseño. • Disposiciones diferentes para determinar los desplazamientos de techo de los edificios, dato relevante en el diseño de los “muros especiales” (aquellos que resisten las fuerzas horizontales) de hormigón armado de los edificios, particularmente relacionados con los espesores mínimos, niveles máximos de compresión y confinamiento de armaduras en los casos necesarios. La aplicación del D.S. N°117 mostró rápidamente problemas en el diseño de edificios estructurados con muros, debido al efecto de la mayor demanda sísmica impuesta por los espectros de diseño, puesta especialmente en evidencia en el caso de los suelos tipo II, en los que se apreció aumentos de 80% en los momentos flectores basales, para un mismo esfuerzo de corte basal, y demandas de desplazamiento de techo que incidieron en espesores de muros fuera de lo común para la construcción chilena.

Todo lo señalado llevó al MINVU a constituir comisiones que estudiaran una proposición de norma sísmica que, en definitiva, se orientó a proponer una modificación rectificatoria del D.S. N°117, con el aporte de información masiva de proyectos reales que se encontraban en fase de diseño. El Decreto Supremo D.S. Nº61-2011 derogó el D.S. Nº117 y fue publicado en el Diario Oficial de 13 de diciembre de 2011, lo que lo sitúa como el nuevo referente normativo nacional en la materia.

Los aspectos más relevantes del D.S. Nº61 son los siguientes: • Se crea una nueva denominación para los tipos de suelo, usando letras en lugar de números romanos. Así, por ejemplo, se considera unidades, o niveles, que van desde el de mejor comportamiento (Roca: Suelo Tipo A) al de mayor exigencia sísmica (Suelo Tipo E: Suelo de compacidad o consistencia mediana). • Se incorpora un Tipo intermedio (Suelo tipo C) entre los anteriores Tipos II y III (actualmente B y D). • La clasificación sísmica de suelos se centró en el parámetro que se estima más relevante, en una primera aproximación, correspondiente a la rigidez a bajas deformaciones de los estratos de los 30 metros superiores del terreno.

• En edificios con subterráneos se debe verificar que la profundidad de exploración se extienda al menos 15 metros por debajo del sello de fundación. • Debido al elevado costo relativo de los trabajos de exploración en 30 metros en edificaciones pequeñas (de menos de 500 metros cuadrados construidos, de no más de 2 pisos o de altura inferior a 8 metros), clasificadas de acuerdo a su uso como III o IV, no es obligatorio justificar valores de los parámetros de suelo con mediciones in-situ.

• Se retiran las formas espectrales de diseño del D.S. Nº117, reincorporando las de la norma NCh433.Of96, modificada en 2009, pero incluyendo el factor de corrección “S” de las ordenadas espectrales en función de la calidad del suelo, con variaciones que van desde 0,9 (10% de reducción), en suelos tipo A, hasta 1,3 (30% de amplificación) en suelos tipo E. • Este factor de corrección se aplica también al esfuerzo de corte basal mínimo. • Los trabajos de calibración que dan sustento a estos espectros de diseño se apoyaron en los datos aportados por numerosas oficinas de ingeniería del país. • Así como el análisis de los edificios reales condujo a la proposición de reducción de las solicitaciones sísmicas, se pudo igualmente comprobar que los desplazamientos de techo, δ u, determinados con los espectros del D.S. Nº117, son mucho más representativos del sismo de 27 de febrero de 2010, hecho que incide directamente en los requerimientos de confinamiento de los denominados “muros especiales” de hormigón armado. • Sin embargo, el espectro de diseño que se propone no conduce al valor de δ u del D.S. Nº117, lo que se consigue artificialmente a través del empleo de un factor de amplificación Cd * . • Es necesario precisar que las ecuaciones para Cd * representan sólo un ajuste analítico y no tienen interpretación física. • La distancia de un edificio al plano medianero en cualquier nivel no debe ser inferior a 2R1/3 veces el desplazamiento a ese nivel calculado con los métodos de análisis establecidos en 6.2 y 6.3 de la Norma Técnica NCh433.Of1996, modificada en 2009, ni a un dos por mil de la altura del mismo nivel ni a 1,5 centímetros. Se exceptúan los edificios colindantes con un predio de uso público no destinado a ser edificado. • R1 es un factor que resulta de multiplicar el valor de R* por el cuociente Qo/Qmín, siempre que Qo/Qmín sea menor o igual a 1,0. • En caso que este cuociente sea mayor que 1.0, se debe usar R1=R* • Las distancias entre los cuerpos de un mismo edificio o entre el edificio en estudio y uno existente, medidas en cada nivel, no deben ser inferiores al doble de las establecidas en 10.1.

Las figuras siguientes muestran el espectro de diseño para zona sísmica 2 y la expresión gráfica de Cd *, para los suelos

A,B,C,D. Para el tipo de suelo E, se requieren estudios especiales.

NCH2745: 2013 ANÁLISIS Y DISEÑO DE EDIFICIOS CON AISLACIÓN SÍSMICA.

Es una revisión de la norma NCh2745 del año 2003, la cual a su vez está basada en el “Uniform Building Code” norteamericano del año 1997. Es compatible en lo posible con la norma NCh433:1996 Diseño sísmico de edificios, pero establece criterios de desempeño más exigente que ella. Especifica tres tipos de análisis:

Análisis estático

El procedimiento de análisis estático lateral equivalente se puede utilizar para el diseño de una estructura con aislación sísmica, siempre que: 1. La estructura esté ubicada a más de 10 km de todas las fallas activas. 2. La estructura esté ubicada en un tipo de suelo I o II. 3. La superestructura tenga menos de cinco pisos y una altura menor que 20 m. 4. El período efectivo de la estructura aislada, TM, sea menor o igual que 3,0 s. 5. El período efectivo de la estructura aislada, TD, sea mayor que tres veces el período elástico de base fija de la superestructura. 6. La superestructura tenga una configuración regular. 7. El sistema de aislación esté definido por todos los atributos siguientes: 7.1 La rigidez efectiva (secante) del sistema de aislación para el desplazamiento de diseño es mayor que un tercio de la rigidez efectiva (secante) a un 20% del desplazamiento de diseño. 7.2 El sistema de aislación tiene la capacidad de producir una fuerza restitutiva, como se especifica en 10.2.4. 7.3 El sistema de aislación tiene propiedades de fuerza-deformación que son independientes de la velocidad de carga. 7.4 El sistema de aislación tiene propiedades de fuerza-deformación que son independientes de las cargas verticales y efectos de solicitaciones bidireccionales. 7.5 El sistema de aislación debe permitir alcanzar el desplazamiento sísmico máximo posible y no menos de 1,2 veces el desplazamiento total de diseño.

Análisis dinámico

El procedimiento de respuesta lateral dinámica de cláusula 8 se debe utilizar para el diseño de estructuras con aislación sísmica como se especifica a continuación:

1. Análisis espectral El análisis de respuesta espectral se puede utilizar para el diseño de una estructura con aislación sísmica, siempre que: a) La estructura esté ubicada en un tipo de suelo I, II, o III. b) El sistema de aislación esté definido por todos los atributos especificados en 6.5.2, ítem 7.

2. Análisis de respuesta en el tiempo El análisis de respuesta en el tiempo se puede utilizar para el diseño de cualquier estructura con aislación sísmica y se debe utilizar para el diseño de todas las estructuras con aislación sísmica que no cumplan con los criterios de 6.5.3, ítem 1. Se debe usar los registros de al menos tres eventos sísmicos ad-hoc para el lugar.

3. Espectro de diseño específico del lugar a) La estructura está ubicada en un tipo de suelo IV, según disposiciones de NCh433. b) La estructura está ubicada a menos de 10 km de una falla activa y capaz. c) La estructura aislada tiene un período TM >3,5 s. El espectro de diseño definido por la norma para el caso en que no se tenga un estudio específico del lugar de ubicación se encuentra en la figura siguiente:

El sistema de aislación se debe modelar con suficientes detalles como para: 1. Considerar la distribución espacial de los aisladores. 2. Calcular las traslaciones en ambas direcciones horizontales y la torsión de la superestructura, considerando la posición menos favorable de la excentricidad de la masa. 3. Poder determinar las fuerzas volcantes o que provoquen levantamiento sobre cada aislador. 4. Considerar los efectos de la carga vertical, acciones bidireccionales, y la velocidad de carga en caso que las propiedades de fuerza-deformación del aislador sean dependientes de una o más de estas variables.

Fuerzas y desplazamientos en los elementos claves

Las fuerzas y desplazamientos de diseño en los elementos claves del sistema resistente a las fuerzas laterales se pueden

revista a CH isi N a calcular utilizando un modelo elástico lineal de la estructura aislada, siempre que: 1. Las propiedades elásticas equivalentes asumidas para los componentes no-lineales de los sistemas de aislación se basen en la rigidez efectiva máxima del sistema de aislación. 2. Todos los elementos claves del sistema resistente a las fuerzas laterales de la superestructura y subestructura sean lineales.

Solicitación sísmica

El sismo de diseño se debe utilizar para calcular el desplazamiento total de diseño del sistema de aislación y las fuerzas y desplazamientos laterales de la estructura aislada. El sismo máximo posible se debe utilizar para calcular el desplazamiento total máximo del sistema de aislación.

Revisión del diseño

La norma señala la obligatoriedad de una revisión del diseño definiendo las características del revisor y el alcance de su revisión:

“13 Revisión de diseño y construcción 13.1 Generalidades

Se debe realizar una revisión del diseño del sistema de aislación y de los programas de ensayos relacionados por un grupo independiente que incluye personas idóneas en las disciplinas apropiadas, con experiencia en los métodos de análisis sísmico y en la teoría y aplicación de la aislación sísmica”.

Ensayos

Se establece un exhaustivo programa de ensayos en prototipos y de control de calidad de la producción de los disipadores, así como de la inspección y mantenimiento del sistema disipador durante la vida de la edificación.

NCh3411: 2017 DISEÑO SÍSMICO DE EDIFICIOS CON SISTEMAS PASIVOS DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA REQUISITOS Y MÉTODOS DE ENSAYO

Esta norma ha tomado como base “ASCE 7-10, capítulo 18 Minimum design loads for building and other structures, chapter 18 Seismic design requirements for structures with damping systems”, pero es algo más conservadora que ella. Contempla los siguientes tipos de disipadores:

Viscosos: dependen de la velocidad (F=kf(va)).

• Deformación de materiales viscoelásticos. • Fluidos viscosos.

Metálicos: dependen de los desplazamientos (F=kf(u)).

• Deformación plástica o extrusión de metales. • De fricción.

• No considera los amortiguadores de masa sintonizada

Principios básicos:

Se establecen dos Categorías de estructuras: • Categoría 1, que son las que cumplen con una serie de condiciones que aparecen numeradas en 4.1 • Categoría 2, que son aquéllas que no las cumplen. www.achisina.cl | +56961408910 | comite.editorial@achisina.cl

Los principios básicos del diseño de estructuras con disipadores son: • Distribución espacial de los disipadores: en todos los pisos (Categoría 1). • Para el sismo máximo considerado, los disipadores y sus conexiones deben diseñarse para evitar fallas (no ser el punto débil). • Los elementos que transmiten las fuerzas de los disipadores a la fundación deben permanecer elásticos.

Filosofía del diseño: • La metodología es aplicable a todo tipo de sistemas disipadores. • La metodología proporciona criterios de diseño mínimos, con objetivos comparable con sistemas sismorresistentes convencionales (pero permite también criterios de diseño que eleven los niveles de desempeño). • La metodología requiere que las estructuras con disipadores tengan un sistema sismo-resistente que cumpla con los requerimientos de la NCh433 para edificios sin disipadores. • Se requiere el diseño de los disipadores y el ensayo de prototipos para desplazamientos, velocidad y fuerzas correspondientes al terremoto máximo considerado. • La norma requiere análisis no lineal en el tiempo para confirmar la respuesta máxima.

Análisis

La norma establece dos tipos de análisis: • Análisis dinámico no-lineal. • Análisis modal-espectral. Para el caso de análisis no-lineal establece la forma en que se debe modelar el sistema sismorresistente (estructura sismorresistente más el sistema disipador) y el movimiento del suelo. Se debe usar los registros de al menos tres eventos sísmicos ad-hoc para el lugar. En el caso de análisis modal espectral, se establece el siguiente espectro de respuesta de pseudo aceleración:

Donde los parámetros del espectro están dados en función de las condiciones locales del suelo.

Revisión del diseño.

La norma establece la obligatoriedad de una revisión del diseño definiendo las características del revisor y el alcance de su revisión.