2014 Presentacion NSC CDT Parte 02b

Protección Sísmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

Diseño Sísmico de Componentes y Sistemas No Estructurales

Parte II Rodrigo Retamales Saavedra, PhD

Ingeniero Civil Universidad de Chile

Octubre de 2014


Contenidos de la Sesión

Sesión 2-3

Requisitos de diseño sísmico de norma NCh433.Of96.Mod2009

Requisitos de diseño sísmico de NTM 001


Requisitos de Diseño Actual

NCh433.Of96.Mod2009


Alcance NCh433.Of96.Mod2009


Resumen Requisitos Capitulo 8 Actual NCh433.Of96.Mod2009

• Establece “condiciones y solicitaciones para el diseño y el anclaje de elementos ‘secundarios’ y la interacción con la estructura resistente, tomando en cuenta el uso del edificio y la necesidad de continuidad de operación” (§8.1.1)

• Exime del análisis equipos móviles (§8.1.2)

• No se aceptan equipos sin anclaje (§8.5.2)


Resumen Requisitos NCh433

• Establece que los elementos ‘secundarios’ y sus anclajes deben diseñarse para una fuerza Fp

o bien

donde

Corte en la base del componente

Factor que depende de la importancia del componente

Factor que depende de la importancia de la estructura

Factor de amplificación dinámica

Fuerza horizontal aplicada en el nivel k de la estructura

Peso asociado al nivel k de la estructura

p p p dF Q C K

kp p p d p

k

FF K C K P

P

Si el componente se modela junto con la estructura Para componentes livianos pQ

pC

dK

pK

kF

kP

6 Nótese que este procedimiento no permite el diseño de sistemas estandarizados

• La fuerza horizontal anterior se debe combinar con una fuerza vertical igual a ±2/3AoPp/g

Protección Sísmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 7


0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4

Kp

Tp/T*


2.2K p

Se determina el factor de amplificación dinámica como:

O alternativamente

*p*

p

*p*

p

*p

*

T1.1TT

T91.0

T8.0TT

T25.1

T1.1TT8.01

donde

pT es el periodo de vibrar del componente no estructural *T es el periodo de vibrar del modo fundamental de la estructura

222p

3.01

5.05.0K



Aceleración efectiva del suelo Ao 0.9 PGA


• Los tabiques se deben clasificar como • Solidarios: si deben seguir la deformación de la estructura

• Flotantes: si se pueden deformar independientemente de la estructura

• Los tabiques solidarios deben aceptar, sin presentar daños que impidan su uso normal, la deformación lateral que se obtiene de multiplicar por R*Kd/3 la deformación de entrepiso de la estructura

• Los tabiques solidarios deben ser modelados junto con la estructura, a menos que la deformación de entrepiso de la estructura sea menor a 0.001 veces la altura de piso (§8.4.2)



• La distancia lateral libre entre los tabiques flotantes y la estructura resistente debe ser igual o mayor que la deformación lateral que se obtiene de multiplicar por R*Kd/3 la deformación de entrepiso

• Los anclajes de los tabiques flotantes deben permitir el libre movimiento del tabique y a la vez aseguren la estabilidad del elemento



• Aspectos complementarios de la norma: • Para el diseño de los anclajes se debe despreciar los

efectos del roce entre superficies de apoyo

• Para evitar el corte en pernos de anclaje, se debe disponer llaves de corte. Alternativamente, los pernos se deben diseñar amplificando los esfuerzos de corte por 2

• Los componentes a los que se les ha asignado un factor Kd igual a 1.0 o 1.35 deben ser capaces de resistir sin daño las fuerzas de diseño descritas anteriormente



• Aspectos complementarios de la norma (Cont’d): • Todos los equipos de suministro de gas, vapor, gases en

redes de frio, aguas a altas temperaturas u otros líquidos peligrosos de edificios categoría IV deben contar con un sistema de corte automático que se active cuando la aceleración en la base del edificio supere lAo

Valores del parámetro l



Comentarios Actual NCh433

• Requisitos basados en documento ATC-3 (1978)

• No incorpora el nivel de conocimiento actual

• Establece un método basado en fuerzas que dependen de la estructura

• No presenta directrices respecto a detallamiento sísmico orientado a alcanzar un adecuado nivel de desempeño

• No presenta directrices para la calificación de equipos que requieren protección de función

• En resumen, presenta un método racional pero perfectible


Acciones Post 27F


• División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional del MINVU solicitó al Instituto de la Construcción la elaboración de 7 normas técnicas para ser consideradas en el proceso de reconstrucción

Acciones Post 27F…


• NTM 001-2010: Diseño sísmico de componentes y sistemas no estructurales.

• Esta norma reemplazará el capitulo 8 de la norma NCh 433 y establece los requisitos para el diseño sísmico de componentes y sistemas no estructurales y de sus conexiones y anclajes a la estructura.

• El objetivo de la norma es compatibilizar los desempeños estructural y no estructural.

• Aplica a componentes arquitectónicos

• Aplica a componentes mecánicos y eléctricos

NORMAS TECNICAS MINVU

Fuente: I. Santa María


• NTM 003-2010: Requisitos Edificaciones Estratégicas y de

servicios comunitarios

Define las edificaciones estratégicas que se deben mantener operativas

en caso de sismos de gran magnitud y establece los requisitos mínimos,

condiciones de operación y niveles de servicio que deben mantener en un período de emergencia incluye: 1. Autonomía de Agua Potable

2. Autonomía energética total o parcial.

3. Sistema integral de protección contra incendios.

4. Helipuerto operativo, en el predio o en un radio no mayor que 500m.

5. Vías independientes de acceso y salida hacia la vía pública.




• NTM 004-2010: Proyecto de Ingeniería Estructural

Establece las exigencias que debe cumplir el desempeño de Ingeniero Estructural responsable de un proyecto o estudio de ingeniería estructural para la elaboración de un proyecto de estructuras, sus etapas, los documentos a entregar y el tratamiento de proyectos complementarios realizados por terceros

• NTM 005-2010: Geotecnia Empuje de suelo sísmico y estáticos sobre subterráneos de edificios Establece la magnitud y distribución de los empujes sísmicos del suelo los que se deben combinar con los otros tipos de empujes como el estático e hidrostático sobre los muros perimetrales subterráneos

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• NTM 006-2010: Requisitos mínimos de diseño, instalación y operación para ascensores electromecánicos frente a sismos:

Deberá ser aplicada en edificaciones nuevas, ampliaciones y otras obras que requieran de permiso de edificación otorgado por la DOM respectiva. Establece algunas exigencias para ascensores existentes, tales como sensor sísmico, dispositivos protección de caída de elementos del contrapeso, guardacabos e intercomunicador (plazo de 2 años).

• NTM 002-2010: Reparación Patrimonial

Establece requisitos mínimos para proyectos de renovación, recuperación, reforzamiento o restauración de edificios con valor patrimonial, incluidas construcciones cuya estructura principal está basada en albañilería de adobe, tapial, quincha y mampostería de piedra asentada en barro.

22 Fuente: I. Santa María



• NTM 007-2010: Norma de diseño estructural para Edificaciones en Zonas Inundables por Tsunami o seiches

Establece los requisitos mínimos de diseño estructural complementarios para edificaciones que se construyan en zonas inundables por tsunamis. La norma considera los ítems de estabilidad, cargas y socavación. Establece los procedimientos para determinar las fuerzas que pueden afectar a las estructuras durante un tsunami

Indica que las estructuras que requieren ser protegidas de los efectos de inundación por tsunami, debido a que se emplazan total o parcialmente bajo la cota de inundación, deberán ser diseñadas por un ingeniero civil o arquitecto con conocimientos en diseño de este tipo de estructuras y de acuerdo a las disposiciones y requisitos establecidos por la norma.




Acción: • Desarrollo de Decreto 117 y luego 61 • Desarrollo de Decreto 118 y luego 60

Otras Acciones: Nueva normativa sísmica

Fuente: R. Boroschek


Acción: • Desarrollo de Decreto 118 y luego 60

Otras Acciones: Nueva normativa Hormigón Armado

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Puente Perqui Lauqen (JSCE,2010)

Otras Acciones: Puentes

Acción: • Regreso a detallamiento anterior • Adopción de requisito de norma Japonesa

SARRAZIN Fuente: R. Boroschek


Otras acciones: Area Industrial

Acción Norma Industrial: • Sin cambios

Acción Minería: • Requerimientos de diseño basado en desempeño Ubicación de daño, tiempo y costo de reparación, paralización, Limitación de daño.


Otras Acciones: Aislación Sísmica y Disipación de Energía

Acción Revisión norma de aislación y desarrollo de norma para estructuras con disipadores de energía 28


Requisitos Norma Técnica MINVU

NTM-001

29 29


Norma Técnica MINVU NTM-001

• El trabajo encomendado implico la elaboración de un documento técnico denominado “Norma Técnica MINVU: NTM-001” que contempla el siguiente procedimiento: • Elaboración de Norma Transitoria por parte de un grupo de

especialistas. Agosto-Noviembre 2010.

• Consulta pública. Diciembre 2012-Enero 2011.

• Evaluación del documento por parte del Consejo Normativo MINVU. 2011.

• Resolución de norma. Diciembre de 2013.


• Extracción Capítulo 8 de NCh433.Of96.Mod2009

• Normativa específica para diseño sísmico de componentes y sistemas no estructurales basada en disposiciones del Capítulo 13 del ASCE 7-10

• Peligro sísmico y práctica profesional locales

• Normativa con carácter de transitoria

• Minimizar el número de disposiciones indicando referencias a documentos especializados

• Se establecen requisitos generales de modo de no limitar la innovación de productos

• El documento es una norma, no un manual

NTM-001: Marco para la discusión

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• Criterios mínimos de diseño sísmico para componentes y sistemas que se encuentran fijos de manera permanente

• Norma orientada a lograr componentes cuyo desempeño sea compatible con el de la estructura donde se encuentran contenidos

• Requisitos generales y específicos para sistemas arquitectónicos y equipos eléctricos y mecánicos

NTM-001: Alcance

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• A todo componente se le asigna un factor de importancia Ip igual a 1.0 ó 1.5

• Se asigna un factor Ip=1.5 a los componentes: • Que requieren protección de función para asegurar la

protección de vidas humanas

• Que transportan o contienen sustancias tóxicas o explosivas y que puedan constituir una amenaza para las personas

• Que están contenidos en estructuras con Categoría de Ocupación III o IV según NCh433

• Necesarios para atender emergencias y preservar la salud, seguridad y atención de la población después de un sismo (NTM-003 Edificaciones Estratégicas)

NTM-001: Factores de Importancia


• Mobiliario no adosado a la estructura resistente

• Equipo temporal o móvil

• Componentes mecánicos o eléctricos para los cuales se cumple simultáneamente que: • Ip es igual a 1.0

• El componente está positivamente conectado

• Se han dispuesto conexiones flexibles entre el componente y los ductos, cañerías y conducciones eléctricas

• El componente pesa menos de: • 90 N para equipos puntuales

• 70 N/m para equipos distribuidos

NTM-001: Excepciones


• Se permite el uso de documentos de diseño alternativos mientras se cumpla que: • El documento provea un criterio racional para el diseño

sismorresistente del componente

• Su uso sea aprobado por un profesional competente

• Las fuerzas de diseño sean iguales o mayores que las indicadas en NTM-001

• El componente sea capaz de resistir o acomodar los desplazamientos sísmicos indicados en NTM-001

• La interacción sísmica entre el componente y otros componentes se ha considerado en el diseño

• Los requisitos de diseño de los anclajes son iguales o más exigentes que los establecidos en NTM-001

NTM-001: Documentos de referencia


• El cumplimiento de los requisitos de diseño de la NTM-001 se puede demostrar de dos maneras: • Diseño específico para el proyecto: la documentación debe

ser preparada por cada especialidad

• Entrega de certificación del proveedor: documentación que demuestre que el componente o equipo se encuentra calificado para un nivel de demanda sísmica igual o superior a la establecida en NTM-001

• En ambos casos, verificaciones mediante: • Análisis desarrollado por un profesional competente

• Ensayos efectuados por un laboratorio reconocido

• Experiencia

• La información debe ser entregada al coordinador del proyecto, para ser sometida a la revisión y aprobación de un profesional competente

NTM-001: Requisitos generales de diseño


• Equipos mecánicos y eléctricos que deben desempeñar funciones activas y permanecer operativos después de un sismo deben ser certificados como operativos después del sismo por el proveedor mediante ensayo o experiencia

• Ídem para componentes o equipos que contienen sustancias peligrosas

• Componentes calificados como inherentemente robustos no necesitan ser ensayados

• La información debe enviarse al coordinador de proyecto para ser sometida a revisión y aprobación de un profesional competente

NTM-001: Requisitos especiales


• Se debe considerar la interrelación funcional y física entre componentes, de modo que la falla de un componente, sea éste esencial o no, no debe causar la falla de otro componente considerado como esencial

• Lo anterior requiere de un chequeo cruzado entre especialidades, coordinado o desarrollado por el coordinador de proyecto

NTM-001: Daño consecuencial


• Como alternativa a los métodos analíticos se permite el uso de ensayos de laboratorio para determinar la capacidad sísmica de los componentes

• Se deberá efectuar por medio de procedimientos estandarizados reconocidos a nivel nacional e internacional (ej. AC-156 y ETGI 1020)

• La capacidad sísmica determinada mediante ensayos deberá exceder las demandas sísmicas definidas en NTM-001

NTM-001: Calificación mediante ensayo


NTM-001: Calificación mediante ensayo


• Como alternativa a los métodos analíticos se permite el uso de datos provenientes de la experiencia

• Se deberá efectuar por medio de procedimientos estandarizados reconocidos a nivel nacional e internacional (ej. IEEE 344)

• La capacidad sísmica determinada deberá exceder las demandas sísmicas definidas en NTM-001

NTM-001: Calificación por experiencia


• Preparada por cada especialidad y entregada al coordinador de proyecto para revisión y aprobación por un profesional competente

• Información quedará disponible para las autoridades, propietarios, contratistas, inspectores de obra, etc.

• La documentación debe incluir, al menos, lo indicado en la §5.11 de NCh433.Of96.Mod2009

• Certificaciones

• Plan de aseguramiento de calidad

NTM-001: Documentación


• La fuerza sísmica horizontal Fp se determina como:

• La fuerza sísmica vertical Fpv se determina como:

NTM-001: Fuerza sísmica de diseño

< <

h

z

I

Rg

WAaF

p

p

pAp

p 214,0

A p p, A I W

g

1 6A p p, A I W

g

0 3

Fp = fuerza sísmica de diseño del componente no estructural

AA = parámetro del espectro de pseudo-aceleración de diseño

ap = factor de amplificación dinámica, el cual varía entre 1.0 y 2.5

Ip = factor de importancia del componente, el cual varía entre 1.0 y 1.5

Wp = peso del componente, en condiciones de operación

Rp = factor de modificación de respuesta, el cual varía entre 1 y 8

z = altura del punto de fijación del componente en la estructura con respecto a la base.

h = altura promedio del nivel de techo de la estructura con respecto a la base

g = aceleración de la gravedad, en cm/s2

pv A pF . AW g 024Compatible con los requisitos de la actual NCh433.Of96.Mod2009. Actúa concurrentemente con el sismo horizontal

donde:


• Alternativamente, la fuerza sísmica horizontal Fp se puede determinar como:

NTM-001: Fuerza sísmica de diseño

x

p

p

pmep

p A

I

R

WaaF

0,3

2,1

2

max

avg

xA

donde:

donde:

p

p

pthp

p

I

R

WaaFo bien:

ame = aceleración en el nivel de fijación del componente (en unidades de g), obtenida mediante

análisis modal espectral considerando que el valor del factor de reducción (R* en

NCh433.Of96.Mod2009 y Rl en NCh2745.Of2003) es igual a la unidad

Ax = factor de amplificación torsional

max = máximo desplazamiento sísmico lateral en el nivel de fijación del componente, obtenido

mediante análisis modal espectral

avg = valor promedio de los desplazamientos sísmicos laterales en los puntos extremos del

nivel de fijación del componente, obtenido mediante análisis modal espectral

ath = aceleración en el nivel de fijación del componente (en unidades de g), obtenida mediante

análisis tiempo historia lineal

En ambos casos, el límite inferior para Fp mostrado en la diapositiva anterior debe ser aplicado


• Los desplazamientos sísmicos relativos Dpl se deben determinar como:

NTM-001: Deformaciones de diseño

IDD ppl donde:

I = coeficiente de importancia que depende de la Categoría del edificio, Tabla 6.1

de la norma NCh433.Of96.Mod2009

0.0085p xA yA x yD h h

0.0085p xA yB x yD h h

Componente fijo a una sola estructura Componente fijo a dos estructuras o diferentes cuerpos de una estructura

El factor 0.0085 se obtiene de multiplicar la deformación máxima permitida por NCh433.Of96.Mod2009 por R*Kd/3, asumiendo R*≈ 6-8 y Kd ≈ 1-1.35

δxA = desplazamiento elástico horizontal de la estructura A en el nivel x

δyA = desplazamiento elástico horizontal de la estructura A en el nivel y

δyB = desplazamiento elástico horizontal de la estructura B en el nivel y

hx = altura del nivel x al cual está unido el punto de conexión superior

hy = altura del nivel y al cual está unido el punto de conexión inferior

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• Los elementos de un componente o sistema no estructural deben estar positivamente conectados

• Debe generarse una línea de transferencia de cargas con suficiente rigidez y resistencia entre el componente y la estructura de soporte

• Los elementos estructurales deben ser diseñados para resistir las fuerzas transmitidas por los componentes no estructurales

NTM-001: Anclajes y fijaciones


• Los anclajes en hormigón deben diseñarse en conformidad con Apéndice D del ACI 318

• Los anclajes en albañilería deben diseñarse en conformidad con ACI 530/ASCE 5

• Los anclajes deben diseñarse para que su resistencia quede controlada por la capacidad de un elemento dúctil de acero

• Los anclajes post-instalados en hormigón o albañilería deben estar precalificados para uso en zona sísmica, por medio de procedimientos estandarizados reconocidos a nivel nacional e internacional (ACI 355.2)



• No se permite usar fijaciones de impacto para soportar cargas permanentes o en arriostres sísmicos, a menos que: • Se encuentren calificadas para aplicaciones sísmicas o

• Las cargas de servicio sobre las fijaciones no excedan de 400 N (hormigón) o 1100 N (acero)

• Clips de fricción no deben utilizarse para resistir cargas permanentes sumadas a cargas sísmicas, excepto si se proveen abrazaderas de fijación



• Todos los componentes arquitectónicos deben diseñarse para las fuerzas y deformaciones definidas en NTM-001

• Elementos de fachadas: • Las conexiones y juntas de paneles deben permitir

acomodar o resistir la deformación de entrepiso Dp o 13 mm, lo que resulte mayor

• Cielos falsos: • Deben cumplir con los requisitos de detallamiento e

instalación de ASTM 635 y ASTM 580

• Se exceptúan cielos suspendidos con áreas menores a 13.4 m2 y cielos directamente conectados a la estructura

NTM-001: Componentes arquitectónicos


• Tabiquerías: • Deben resistir o acomodar las fuerzas y desplazamientos

definidos en NTM-001

• Tabiques conectados al cielo y tabiques de altura parcial mayor a 1.8 m deben arriostrarse

• Vidrios en muros cortina, fachadas y tabiques interiores: • Los vidrios deben cumplir con

donde Dfallout se determina por medio de los métodos

definidos en AAMA 501.6 o por análisis

fallout p. IDD 125

NTM-001: Componentes arquitectónicos


• Equipos de suministro de gas, vapor, agua a altas temperaturas u otros líquidos peligrosos de edificios con Categoría de Ocupación IV deben estar provistos con un sistema de corte automático, que se active cuando la aceleración en la base del edificio exceda lAA

NTM-001: Equipos electromecánicos

Trastornos producidos

por la interrupción del

suministro o servicio

Nivel de peligrosidad

Alto Mediano Bajo

Pequeños 0.5 0.6 NA

Medianos 0.4 0.5 0.6

Grandes 0.3 0.4 0.5

Valores de l


• Se debe evitar el impacto en: • Componentes vulnerables al impacto

• Componentes construidos con materiales no dúctiles

• Se debe evaluar la interacción con otros componentes conectados

• Baterías deben tener amarras para prevenir su deslizamiento

• Paneles de control, equipos de computación y otros componentes con elementos que puedan deslizar deben contar con un mecanismo de fijación



• Los sistemas de cañerías en presión diseñados en conformidad con ASME B31 o similar, deben cumplir además con los requisitos de fuerza y deformación de NTM-001

• Ídem para sistemas de sprinklers diseñados e instalados en conformidad con NFPA 13

• Ídem para boilers y estanques en presión diseñados en conformidad con ASME BPVC

• Ascensores deben cumplir con los requisitos de diseño sísmico de ASME A.17 (o similar) y de NTM-006



Conclusiones

• Componentes no estructurales no presentaron el

mismo nivel de desempeño que las estructuras

• Una nueva norma transitoria para el diseño sísmico

de sistemas no estructurales está próxima a ser

incorporada en la OGUC

• La nueva normativa, basada en el Capítulo 13 del

ASCE 7-10 reemplazará al capítulo 8 de la norma

NCh433.Of96.Mod2009

• Se apunta al uso de componentes calificados

sísmicamente mediante análisis, ensayo o

experiencia


Conclusiones

• Los procedimientos presentados en la normativa

apuntan a la estandarización de soluciones de

protección sísmica de componentes y sistemas

no estructurales


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