nch2745-2003 análisis y diseño de edificios con aislación sísmica
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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
8.1 Generalidades 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
9.1 Generalidades 64
9.2 Fuerzas y desplazamientos 64
10 Requisitos detallados de los sistemas 65
10.1 Generalidades 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
13.1 Generalidades 72
13.2 Sistema de aislacin 73
14 Ensayos requeridos para el sistema de aislacin 74
14.1 Generalidades 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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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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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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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)
ProbabilidaddeExcedencia
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)
ProbabilidaddeExcedencia
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
desplazamiento positivoM
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
desplazamiento positivoM
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
Deformacin Lateral (cm)
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
Deformacin Lateral (cm)
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
Deformacin Lateral (cm)
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
Deformacin Lateral (cm)
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 .