NCh 2745 - 2013 - Análisis Edificios Con Aislacion Sísmica

7/22/2019 NCh 2745 - 2013 - Anlisis Edificios Con Aislacion Ssmica

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VERSION FINAL COMITOCTUBRE 2013 - prNCh2745

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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 lasnormas tcnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FORSTANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT),representando a Chile ante esos organismos.

Esta norma se estudi a travs del Comit Tcnico Diseo estructural en general - Sobrecargas, como unarevision a la norma NCh2745:2003. El Comit TcnicoDiseo estructuralha decidido incluir los comentarios(C) en una columna separada del texto de norma. Para tal efecto, el comentario se designa mediante la letra Cque antecede a la numeracin de la clusula o subclusula que alude. Los comentarios no forman parte delcuerpo de la norma, se insertan slo a ttulo informativo.

Si bien se ha tomado todo el cuidado razonable en la preparacin y revisin de los documentos normativosproducto de la presente comercializacin, INN no garantiza que el contenido del documento es actualizado oexacto o que el documento ser adecuado para los fines esperados por el Cliente.

En la medida permitida por la legislacin aplicable, el INN no es responsable de ningn dao directo,indirecto, punitivo, incidental, especial, consecuencial o cualquier dao que surja o est conectado con el usoo el uso indebido de este documento.


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Anlisis y diseo de edificios con aislacin ssmica

0 Introduccin

0.1 El proyecto de norma que sirvi de base a la discusin de esta norma fue el resultado del trabajo del GrupoN 5 de la Asociacin Chilena de Sismologa e Ingeniera Ssmica, ACHISINA, Proteccin Ssmica: AislacinSsmica y Disipacin de Energa, desde su creacin en el ao 1999. El proyecto contiene la traduccin,comentario, y adaptacin del cdigo Uniform Building Codedel ao 1997 a la realidad ssmica chilena. En loposible, este documento fue compatibilizado adems con la norma chilena NCh433:1996 Diseo ssmico deedificios. El diseo de estructuras aisladas se basa principalmente en criterios de desempeo que no sonconsistentes con la filosofa de NCh433:1996 vigente.

0.2 Tal vez una de las lecciones ms significativas que dejaron los terremotos de Northridge (1994), Kobe(1995),Maule(2010), Tohoku (2011), entre otros, fue el exitoso comportamiento ssmico de las estructuras con

aislacin basal. Este resultado ha ocasionado una explosin en el desarrollo y uso de los sistemas de aislacin enJapn, Chile y California. Frente a esta rpida evolucin de la Ingeniera Ssmica en el mundo hacia el uso desistemas de reduccin de vibraciones, en particular, de aislacin ssmica, se torna necesario complementar loscdigos ssmicos actualmente existentes con requisitos especficos para estructuras aisladas. Esta necesidad escompartida 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, peroque requieren como respaldo, un estndar mnimo para el diseo y construccin de estas estructuras.

0.3 Las disposiciones de esta norma no pueden garantizar por s solas un buen comportamiento ssmico de lasestructuras aisladas. Esto se debe a que este comportamiento est influido por la forma de dimensionamiento odiseo de los elementos estructurales, la cual depende de la norma de diseo del material correspondiente, yparticularmente, por la forma en que se ejecut la construccin del edificio. A esto se debe agregar que la

capacidad y seguridad ssmica de la estructura y elementos no estructurales se ven afectados por el nivel dedeterioro a que se ve expuesto el edificio, a las modificaciones que eventualmente se realicen durante su vida tily por la severidad y caractersticas del evento ssmico.


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1 Alcance y campo de aplicacin

Esta norma establece requisitos para el anlisis y diseo ssmico de edificios con aislacin ssmica. Tambinestablece requisitos para el diseo de los elementos no estructurales soportados por el edificio y los ensayos

requeridos para el sistema de aislacin. Esta norma no incluye el diseo ssmico de edificios que usandisipadores de energa en la superestructura.

2 Referencias normativas

Los documentos siguientes son indispensables para la aplicacin de esta norma. Para referencias con fecha, slose aplica la edicin citada. Para referencias sin fecha se aplica la ltima edicin del documento referenciado(incluyendo cualquier enmienda).

NCh430 Hormign armado - Requisitos de diseo y clculo.NCh432 Diseo estructural - Cargas de viento.NCh433 Diseo ssmico de edificios.NCh1537 Diseo estructural - Cargas permanentes y cargas de uso.NCh1928 Albailera armada - Requisitos para el diseo y clculo.NCh2123 Albailera confinada - Requisitos de diseo y clculo.NCh3171 Diseo estructural - Disposiciones generales y combinaciones de cargas.ACI 318 Building Code Requirements for Structural Concrete.AISC 341 Seismic Previsions for Structural Steel Buildings.AISC 360 Specification for Structural Steel Buildings.UBC: 1997 Uniform Building Code.

Las Normas Chilenas y normativa tcnica extranjera referenciadas son las vigentes a la fecha de publicacinde la presente norma, debiendo siempre utilizarse la versin ms reciente de stas o las normas y decretos que

las modifiquen, alteren, actualicen o reemplacen, total o parcialmente.NOTA El Instituto Nacional de Normalizacin mantiene un registro de las normas nacionales e internacionales vigentes.


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3 Trminos y definiciones C3 Trminos y definiciones

Para los propsitos de esta norma, se aplican los trminosy definiciones siguientes:

3.1 aislador:elemento estructural del sistema de aislacinque es horizontalmente flexible y verticalmente rgido yque permite grandes deformaciones laterales bajosolicitacin ssmica. Es un elemento que se puede utilizarcomo parte del, o adicionalmente al, sistema de cargagravitacional de la estructura

C3.1 Tpicamente, la rigidez vertical mnima del sistema deaislacin es tal que la frecuencia de vibracin propia de laestructura en sentido vertical, suponiendo unasuperestructura rgida, debe superar los 10 Hz (C.7.2.d.1).Por ejemplo, suponiendo una frecuencia horizontal propiade la estructura aislada de 0,5 Hz, la rigidez vertical de unaislador resulta ser: kv = (fv/fh)2 kh = 400 kh, esto es,400 veces ms grande que su rigidez horizontal.

3.2 amortiguamiento efectivo: valor de la razn de

amortiguamiento viscoso equivalente que se obtiene de laenerga disipada para respuesta cclica del sistema deaislacin

3.3 desplazamiento de diseo: desplazamiento lateralproducido por el sismo de diseo, excluyendo eldesplazamiento debido a la torsin natural y accidental,requerido para el diseo del sistema de aislacin

3.4 desplazamiento mximo: desplazamiento lateralprovocado por el sismo mximo posible, excluyendo eldesplazamiento adicional debido a la torsin natural y

accidental, requerido para el diseo del sistema deaislacin

3.5 desplazamiento total de diseo: desplazamientolateral provocado por el sismo de diseo, incluyendodesplazamientos adicionales debidos a la torsin naturaly accidental, requerido para el diseo del sistema deaislacin o de algn elemento de l

3.6 desplazamiento total mximo:desplazamiento lateralmximo provocado por el sismo mximo posibleincluyendo desplazamientos adicionales debidos a latorsin natural y accidental, requerido para laverificacin de la estabilidad del sistema de aislacin, oelementos de l, para el diseo de las separaciones entreedificios, y para los ensayos bajo carga vertical de losprototipos de los aisladores

3.7 interfaz de aislacin:espacio generado por el sistemade aislacin que se encuentra limitado en su partesuperior por la superestructura y en su parte inferior porla subestructura (ver 3.14 y 3.15)

3.8 pares de registros: registros del movimiento segndos direcciones ortogonales


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3.9 rigidez efectiva o secante: valor de la fuerza lateralque se genera en el sistema de aislacin, o en un

elemento de l, dividido por el desplazamiento lateralcorrespondiente

3.10 sismo de diseo (SDI): nivel del movimientossmico del suelo que tiene como mnimo el 10% deprobabilidad de excedencia en 50 aos

C3.10 y C3.11 La Figura C.1 muestra como ejemplo elclculo de la probabilidad de excedencia de un cierto nivelde aceleracin mxima del suelo para tres localidadesubicadas en suelo duro, en zonas ssmicas 3, 2 y 1,respectivamente.

3.11 sismo mximo posible (SMP): nivel mximo delmovimiento del suelo que puede ocurrir en el lugar deedificacin dentro del esquema geolgico conocido. Enzonas de alta sismicidad, (Zona Ssmica 3 2 deNCh433), ste puede tener una intensidad que se puedeconsiderar como el nivel del movimiento ssmico delsuelo que tiene un 10% de probabilidad de ser excedidoen un perodo de 100 aos

Para zona ssmica 3, se observa que para una probabilidadde excedencia del 10% y T = 50 aos, la aceleracinresultante vara entre 0,45 g y 0,6 g, dependiendo de larelacin de atenuacin utilizada.

Figura C.1 - Probabilidad de excedencia de un

nivel de 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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Figura C.1 - Probabilidad de excedencia de un nivel de

aceleracin mxima del suelo para tres sitios en sueloduro, 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 del suelo correspondientes a unnivel de excedencia de 10% en 50 aos varan entre 0,4 g y0,5 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 elrango de aceleraciones mximas del suelo para estos sitios,y para una probabilidad de excedencia de 10% en 100 aos,

varan entre 0,5 g y 0,65 g para zona 3; 0,45 g y 0,58 gpara zona 2; 0,35 g y 0,45 g para zona 3.

Consecuentemente las razones promedio entre lasaceleraciones mximas correspondientes al SMP y el SDIson, 1,15; 1,12 y 1,14, respectivamente para las zonas 3;2 y 1, respectivamente. Debido a la similitud entre estasrazones se ha optado por proponer un factor deamplificacin entre ambos niveles igual a 1,2.La eleccin de la aceleracin mxima del suelo comoparmetro de definicin para es arbitraria. Sinembargo, a falta de mediciones de velocidad ydesplazamiento del suelo en eventos del tipo mximo

posible, parece razonable escoger por el momento losresultados basados en aceleracin mxima, que seacostumbra a utilizar en los estudios de riesgo.


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3.12 sistema de aislacin: conjunto de elementosestructurales que incluye a todos los aisladores

individuales, todos los elementos estructurales quetransfieren fuerza entre los elementos del sistema deaislacin y la superestructura y subestructura, y todas lasconexiones a otros elementos estructurales. El sistema deaislacin tambin incluye al sistema de restriccin alviento en caso que dicho sistema se use para satisfacerlos requisitos de esta norma

C3.12 sistema de aislacin

C3.12.a)El objetivo fundamental de la aislacin ssmica esdesacoplar horizontalmente la estructura del suelo defundacin con el objeto de que el movimiento horizontal delsuelo durante un sismo no se transmita a la estructura y queella permanezca idealmente inmvil en un marco dereferencia inercial. Por cierto que un desacople perfectoentre suelo y estructura es impracticable actualmente; sinembargo, cualquier sistema de aislacin busca concentrar enl, la deformacin impuesta por el suelo, filtrando elmovimiento que se trasmite hacia la superestructura.

C3.12.b) De esta forma, una estructura aisladaadecuadamente tendr un modo fundamental de vibrar comoel indicado en Figura C.2 en que se observa que lasuperestructura es esencialmente rgida y la deformacin se

concentra en el nivel de aislacin. Es importante observaradems, que una estructura aislada tendr generalmente dosfrecuencias modales traslacionales (modo aisladotraslacional) prcticamente iguales, asociadas al modoindicado en la figura en ambas direcciones horizontales. Lafrecuencia torsional fundamental del sistema (modo aisladotorsional) puede diferir considerablemente de lasfrecuencias fundamentales traslacionales, dependiendo de laubicacin en planta de los aisladores y sus rigidecesrelativas, aunque en distribuciones uniformes la razn defrecuencia torsional y lateral es similar a 1(ver Anexo A, [13]). Cabe aclarar tambin, que lasfrecuencias asociadas a los modos superiores de laestructura (modos 4, 5,...) no corresponden ni se parecen a

las frecuencias de la estructura con base fija. En verdadestos modos superiores son similares a los modos dedeformacin de la estructura sin restriccin en su base(estructura libre).

C3.12.c) El sistema de aislacin debe satisfacer tresrequisitos fundamentales:

1) tener una gran flexibilidad horizontal de modo dealargar el perodo fundamental de vibracin de laestructura a una zona de menor aceleracin espectral;


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2) introducir un nivel de disipacin de energa de modo dereducir la demanda de deformacin sobre el sistema de

aislacin; y

3) proveer una rigidez suficiente para cargas de serviciode la estructura de modo de evitar vibracionesmolestas.

C3.12.d)El incremento de amortiguamiento en el sistema deaislacin conduce tpicamente a una menor demanda dedeformacin sobre el sistema de aislacin, lo que a su vezimplica una reduccin de la fuerza de corte que acta sobre elsistema de aislacin y la superestructura. El nivel ptimo deamortiguamiento del sistema depende ciertamente delobjetivo de diseo en lo referente a la demanda sobre laestructura (deformaciones) y sus contenidos (aceleraciones);

de hecho, un aumento excesivo del amortiguamiento conducea un aumento de las aceleraciones de piso lo que puedeinducir problemas con los contenidos de la estructura(ver Figura C.3).

Figura C.3 - Cortes de entrepiso para un marco plano

aislado de 5 pisos y distintos niveles de razn de

amortiguamiento en el sistema de aislacin

C3.12.e)Por ltimo, es interesante ilustrar para un sistemade un grado de libertad cul es el nivel de reduccin derespuesta que se espera con el uso de la aislacin ssmica.La Figura C.4 muestra el promedio de la reduccin derespuesta de deformacin y aceleracin total que se obtieneal aislar estructuras convencionales con perodosfundamentales entre 0,3 s y 1,5 s y un perodo aisladoobjetivo de 2,5 s para los sismos chilenos que se indican enC8.4.2. Como se aprecia, la reduccin de deformaciones yaceleraciones decrece en la medida que la estructuraconvencional se hace ms flexible; sin embargo, paraperodos de la estructura convencional de hasta 0,7 s, lasreducciones observadas son del orden de 10.


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Figura C.4 - Reduccin promedio de aceleraciones

para estructuras aisladas de perodo objetivo 2,5 s,

sometidas a los registros chilenos del terremoto de

1985 indicados en C8.4.2

3.13 sistema para restringir los efectos del viento:conjuntode elementos estructurales que proveen una restriccin aldesplazamiento horizontal de la estructura aislada antecargas de viento. El sistema de restriccin puede ser parteintegral de los aisladores o bien ser un dispositivoindependiente

3.14 subestructura: porcin de la estructura que seencuentra por debajo del nivel de aislacin

3.15 superestructura: porcin de la estructura que seencuentra por sobre el nivel de aislacin

4 Smbolos y trminos abreviados C4 Smbolos y trminos abreviados

Para los propsitos de esta norma, se aplican los smbolos ytrminos abreviados de NCh433 y adicionalmente los

siguientes:

= coeficiente numrico relativo a la razn deamortiguamiento efectivo del sistema de aislacinpara el desplazamiento de diseo, (ver Tabla 2);

= coeficiente numrico relativo a la razn deamortiguamiento efectivo del sistema de aislacinpara el desplazamiento mximo, (ver Tabla 2);

= dimensin ms corta de la planta de laestructura, medida perpendicularmente a NCh2745 Comentarios


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= coeficiente ssmico de desplazamientocorrespondiente al nivel ssmico de diseo,segn Ecuacin (1);

= coeficiente ssmico de desplazamientocorrespondiente al nivel ssmico mximoposible, segn Ecuacin (3);

= desplazamiento de diseo, enmilmetros (mm), en el centro de rigidez delsistema de aislacin en la direccin bajoconsideracin, como se indica en 7.3.1;

= desplazamiento de diseo, en

milmetros (mm), en el centro de rigidez delsistema de aislacin en la direccin bajoconsideracin, como se indica en 8.2;

= desplazamiento mximo, enmilmetros (mm), en el centro de rigidez delsistema de aislacin en la direccin bajoconsideracin, como se indica en 8.2;

= desplazamiento total de diseo, en milmetros(mm), de un elemento del sistema de aislacinincluyendo tanto el desplazamiento

traslacional en el centro de rigidez, , comola componente de desplazamiento torsional enla direccin bajo consideracin, como seespecifica en 7.3.5;

= desplazamiento total mximo, en milmetros(mm), de un elemento del sistema de aislacinincluyendo tanto el desplazamientotraslacional en el centro de rigidez, , comola componente de desplazamiento torsional enla direccin bajo consideracin, como seindica en 7.3.3;

= dimensin en planta ms larga de laestructura; = energa disipada, en kN-mm, en un aislador

durante un ciclo completo de cargareversible, en un rango de desplazamientode ensayo de + a , medida por el reaencerrada por un ciclo de la relacinconstitutiva fuerza-deformacin;

= total de energa disipada, en kN-mm, por

todos los aisladores durante un ciclo completode respuesta al desplazamiento de diseo, ;

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= total de energa disipada, en kN- mm,por todos los aisladores durante unciclo completo de respuesta al

desplazamiento mximo, ; = excentricidad real, enmilmetros (mm), medida en plantaentre el centro de masa de lasuperestructura y el centro de rigidezdel sistema de aislacin, ms laexcentricidad accidental, igual a un5% de la dimensin mxima de laplanta perpendicular a la direccin dela solicitacin ssmica considerada;

= fuerza negativa, en kN, en un aislador,durante un ciclo de ensayo a undesplazamiento con una amplitud ; = fuerza positiva, en kN, en un aislador,

durante un ciclo de ensayo a undesplazamiento con una amplitud +;

mx. = suma para todos los aisladores de losvalores absolutos de la fuerza positivamxima de un aislador al

desplazamiento positivo . Para unaislador determinado, la fuerza positivamxima el desplazamiento positivo, ,se determina comparando cada una delas fuerzas positivas que ocurrendurante cada ciclo de la secuencia deensayos asociada con eldesplazamiento y seleccionando elvalor positivo mximo aldesplazamiento positivo ;

La distincin que se realiza entre mx. y esespecialmente importante en el caso de aisladoreselastomricos en que la diferencia de las fuerzas mximasdepende en general del nmero de ciclo en cuestin

debido a un fenmeno conocido como scragging. Elscragging se debe a un cambio en la estructura delmaterial como resultado de la deformacin y justifica lanecesidad de eliminarlo mediante ciclado del dispositivoprevio a su uso en la estructura (ver 14.5).

mn.

= suma para todos los aisladores de los

valores absolutos de la fuerza positivamnima de un aislador aldesplazamiento positivo . Para unaislador determinado, la fuerza positivamnima al desplazamiento positivo se determina comparando cada una delas fuerzas positivas que ocurrendurante cada ciclo de la secuencia deensayos asociada con eldesplazamiento y seleccionando elvalor positivo mnimo aldesplazamiento positivo

;


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mx. = suma para todos los aisladores de

los valores absolutos de la fuerza

negativa mxima en valor absolutode un aislador al desplazamientonegativo . Para un aisladordeterminado, la fuerza negativamxima al desplazamiento negativose determina comparando cadauna de las fuerzas negativas queocurren durante cada ciclo de lasecuencia de ensayos asociada conel incremento de desplazamiento

y seleccionando el valor

absoluto mximo al desplazamientonegativo ;

mn.

= suma para todos los aisladores delos valores absolutos de la fuerzanegativa mnima en valor absolutode un aislador al desplazamientonegativo . Para un aisladordeterminado, la fuerza negativamnima en el desplazamientonegativo se determinacomparando cada una de las

fuerzas negativas que ocurrendurante cada ciclo de la secuenciade ensayos asociada con elincremento de desplazamiento y seleccionando el valor absolutomnimo al desplazamientonegativo ;

mx. suma para todos los aisladores delos valores absolutos de la fuerzapositiva mxima de un aislador aldesplazamiento positivo

. Para

un aislador determinado, la fuerzapositiva mxima al desplazamientopositivo, , se determinacomparando cada una de lasfuerzas positivas que ocurrendurante cada ciclo de la secuenciade ensayos asociada con elincremento de desplazamiento y seleccionando el valor positivomximo al desplazamiento positivo

;


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mn.suma para todos los aisladores de losvalores absolutos de la fuerza positiva

mnima de un aislador aldesplazamiento positivo . Para unaislador determinado, la fuerzapositiva mnima al desplazamientopositivo se determina comparandocada una delas fuerzas positivas queocurren durante cada ciclo de lasecuencia de ensayos asociada con elincremento de desplazamiento yseleccionando el valor positivomnimo al desplazamiento positivo

;

mx.

= suma para todos los aisladores delos valores absolutos de la fuerzanegativa mxima en valor absolutode un aislador al desplazamientonegativo . Para un aisladordeterminado, la fuerza negativamxima al desplazamiento negativo se determina comparando cadauna de las fuerzas negativas queocurren durante cada ciclo de la

secuencia de ensayos asociada con elincremento de desplazamiento yseleccionando el valor absolutomximo al desplazamiento negativo;

mn. = suma para todos los aisladores delos valores absolutos de la fuerzanegativa mnima en valor absolutode un aislador al desplazamientonegativo . Para un aisladordeterminado, la fuerza negativa

mnima al desplazamiento negativo se determina comparando cadauna de las fuerzas negativas queocurren durante cada ciclo de lasecuencia de ensayos asociada conel incremento de desplazamiento y seleccionando el valorabsoluto mnimo al desplazamientonegativo ;

= constante de aceleracin de

gravedad, (9 806 mm/s2);


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= altura total de la goma del aislador;

= altura en metros sobre la base hastael nivel i; = altura en metros sobre la base hastael nivelx;

= rigidez efectiva o secante de unaislador, en kN/mm, como indicaEcuacin (11);

= rigidez efectiva o secante mxima

del sistema de aislacin, en kN/mm,al desplazamiento de diseo en ladireccin horizontal considerada;

= rigidez efectiva o secante mximadel sistema de aislacin, en kN/mm,al desplazamiento mximo en ladireccin horizontal considerada;

= rigidez efectiva o secante mnimadel sistema de aislacin, en kN/mm,al desplazamiento de diseo en la

direccin horizontal considerada; = rigidez efectiva o secante mnimadel sistema de aislacin, en kN/mm,al desplazamiento mximo en ladireccin horizontal considerada:

= coeficiente numrico relacionadocon la respuesta al sismo mximoposible (ver Tabla 3);

= coeficiente de reduccin de fuerzas

laterales de la subestructura(elementos estructurales ubicadosbajo la interfaz de aislacin) comose indica en 7.4.1;

= coeficiente de reduccin de fuerzaslaterales de la superestructura(elementos estructurales ubicadossobre la interfaz de aislacin) comose establece en Tabla 4;

= perodo efectivo, en segundos, de la

estructura aislada al desplazamientode diseo en la direccinconsiderada, como se indica enEcuacin (2);

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= perodo efectivo, en segundos, de laestructura aislada al desplazamientomximo en la direccin considerada,

como se indica en Ecuacin (4); = fuerza o corte lateral total de diseossmico en los elementos del, o pordebajo del, sistema de aislacin, como seindica en Ecuacin (7);

= fuerza o corte lateral total de diseossmico en los elementos de lasuperestructura, como se indica enecuacin y en los lmites especificadosen clusula 7;

= carga muerta ssmica total definida enNCh433. Para el diseo del sistema deaislacin, W es el peso de la cargamuerta ssmica total de lasuperestructura;

= la parte de ubicada o asignada alnivel ;

= la parte de

ubicada o asignada al

nivel ; = distancia, en milmetros (mm), entre elcentro de rigidez del sistema de aislaciny el elemento de inters, medidaperpendicularmente a la direccin de lasolicitacin ssmica considerada;

= factor que depende de la zonificacinssmica definida en NCh433; seestablece en Tabla 5;

= amortiguamiento efectivo del sistemade aislacin y del aislador como indicaEcuacin (12); = amortiguamiento efectivo del sistema de

aislacin, al desplazamiento de diseocomo indica Ecuacin (17);

= amortiguamiento efectivo del sistema deaislacin, al desplazamiento mximocomo indica Ecuacin (18);


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= deformacin angular del elastmero

calculada como el cuociente entre la

deformacin de corte y la altura degoma;

+ = desplazamiento positivo mximo deun aislador durante cada ciclo deensayo del prototipo;

= desplazamiento negativo mnimo deun aislador durante cada ciclo deensayo del prototipo;

5 Generalidades C5 Generalidades

C5.a) Introduccin

5.1 Todas las estructuras con aislacin ssmica y cadaporcin de las mismas se deben disear y construir deacuerdo con los requisitos de esta norma. Lasdisposiciones de NCh433 tambin son obligatorias, en loque no contradigan las disposiciones de la presentenorma.

C5.a.1) Durante la ltima dcada el concepto de aislacinssmica se ha comenzado a considerar seriamente como unaalternativa en el diseo sismorresistente de estructuras,especialmente en aquellos casos en que se busca un mejordesempeo ssmico para las estructuras y sus contenidos. Elbuen desempeo que las estructuras aisladas han tenidodurante los sismos de Northridge (Los Angeles, 1994) yKobe (Kobe, 1995), avalan las bondades de esta alternativaen cuanto a aumentar considerablemente el nivel deseguridad para las personas y la operabilidad de la

estructura despus de un sismo.

5.2El sistema resistente a fuerzas laterales y el sistemade aislacin se deben disear para resistirlasdeformaciones y los esfuerzos producidos por los efectosde movimientos del suelo como lo dispone esta norma.

C5.a.2)Actualmente, los conceptos de aislacin ssmica seensean como parte del currculo de Ingeniera Civil en lamayora de las Universidades mundialmente reconocidas,innumerables investigaciones se han desarrollado parademostrar la eficiencia de la aislacin ssmica como unatcnica sismorresistente, y numerosos dispositivos deaislacin estn comercialmente disponibles para suimplementacin en la prctica. Consecuentemente, se hadesarrollado una creciente necesidad de suplementar loscdigos ssmicos actualmente vigentes con requisitosespecficos para estructuras aisladas. Esta necesidad escompartida por los organismos encargados de laconstruccin y el pblico en general, quienes requieren queesta tecnologa se implemente adecuadamente, y por losIngenieros proyectistas, los que requieren un estndarmnimo para el diseo y construccin de estructuras conesta tecnologa.


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5.3Cuando las fuerzas de viento indicadas en NCh432,produzcan deformaciones o esfuerzos mayores, dichas

cargas se deben utilizar para el diseo en lugar de lasdeformaciones y esfuerzos resultantes de las fuerzasssmicas.

C5.a.3)Los primeros esfuerzos en la direccin de un cdigopara el diseo de estructuras aisladas ssmicamente fue

publicado por el Structural Engineering Association ofCalifornia, SEAOC, el ao 1986 en el documento TentativeSeismic Isolation Design Requirements (ver Anexo A, [21]).Reconociendo la necesidad de obtener un documento querepresente una opinin consensuada, el comit sismolgicodel SEAOC desarroll los requisitos de diseo GeneralRequirements for the Design and Construction of SeismicIsolated Structures que fueron publicados en el apndice1 L del libro azul del SEAOC (ver Anexo A, [22]) en 1990.Estos mismos requisitos fueron publicados posteriormentecomo un apndice no mandatorio del Captulo 23 del UBC(ver Anexo A, [9]) en el ao 1991. El comit sismolgicodel SEAOC y del International Conference of BuildingOfficials, ICBO, han revisado este documentoperidicamente desde entonces y versiones posteriores de

estos requisitos se pueden encontrar en el libro azul delSEAOC (ver Anexo A, [23]) del ao 1996, y en el cdigoUBC (ver Anexo A, [12]) del ao 1997. Por otra parte, elConsejo de Seguridad Ssmica para Edificios encomend laincorporacin de requisitos para el diseo de estructuras conaislacin ssmica y disipacin de energa en los requisitos deNational Earthquake Hazard Reduction Program, NEHRP,del ao 1994. Estos requisitos fueron modificados en laversin del ao 1997 en que los tres documentosNEHRP/UBC/SEAOC fueron compatibilizados.

C5.a.4) El largo camino recorrido por estas tresinstituciones y comits en EE.UU. avala la decisin delGrupo N 5 de ACHISINA encargado de realizar esta

norma de basar su trabajo en el documento UBC (ver AnexoA, [12]) del ao 1997. Aunque este documento puede sercriticado en diversos aspectos, su filosofa y criterios hansido ampliamente discutidos y aceptados por la comunidadcientfica y profesional en el mundo. Esto no implica que eldocumento no sea perfectible, y ha sido la intencin de estegrupo de trabajo el introducir cambios y comentarios enaquellos puntos debatibles y arbitrarios.

C5.b) Filosofa de los requisitos de diseo para estructurasaisladas

C5.b.1) Es condicin esencial de una estructura aislada elque su desempeo objetivo no slo involucre la proteccin

de la vida durante un sismo severo, sino tambin lareduccin del dao de la estructura y sus contenidos. Deesta forma, los requisitos de diseo que se presentan en estanorma son una combinacin de ambos objetivos: proteccina la vida y reduccin del dao.

C5.b.2)Como punto de partida, estos requisitos definen dosniveles ssmicos: un nivel ssmico de diseo (SDI) y unnivel ssmico mximo posible (SMP). El sismo de diseocoincide con el nivel utilizado comnmente en el diseo deestructuras convencionales consistente con una probabilidadde excedencia de 10% en 50 aos. Por otra parte, el sismomximo posible corresponde al mximo nivel demovimiento del suelo que puede ocurrir dentro del marco

geolgico conocido y ha sido definido como el nivel quetiene una probabilidad de excedencia de un 10% en unperodo de 100 aos.


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Estos niveles de riesgo, que son consistentes con latendencia mundial en los cdigos de aislacin ssmica, son

distintos a los utilizados en NCh433, lo que ser reflejado atravs de un espectro de diseo que difiere del contenido endicha norma. El nuevo espectro deber reflejar, adems, unnivel de seguridad superior para el sistema de aislacin,debido a que su falla compromete necesariamente laestabilidad vertical de la estructura completa.

C5.b.3) Para el diseo de estructuras aisladas se requiereque el sistema de aislacin sea capaz de sostener lasdeformaciones y cargas correspondientes al SMP sin falla.Anlogamente, cualquier sistema que cruce la interfaz deaislacin se debe disear para acomodar el desplazamientocorrespondiente al SMP.

C5.b.4) Estas recomendaciones buscan, adems, que lasuperestructura permanezca esencialmente elstica duranteel sismo de diseo, a diferencia de los requisitos paraestructuras con base fija que buscan alcanzar slo un nivelde proteccin razonable para fallas estructurales mayores yprdida de vidas sin hacer hincapi en limitar el dao omantener las funciones de la estructura. La filosofa actualsismorresistente establece que las fuerzas laterales de diseosean, digamos, un octavo delas fuerzas reales que ocurriranen el edificio si ste permaneciera elstico durante el sismo.La seguridad a la vida se provee entonces a travs derequerir que el sistema tenga una ductilidad adecuada ypermanezca estable gravitacionalmente sin dao masivo ofalla para desplazamientos que exceden con creces el lmitede fluencia del sistema. Sin embargo, dao a los elementos

estructurales, componentes no estructurales, y contenidosson probables en una estructura convencional para unevento mayor.

C5.b.5) Para una estructura convencional, su sobrevivenciapara el SMP no se verifica explcitamente y se manejaimplcitamente a travs de mayor ductilidad y mayor detalledelos elementos. Por el contrario, en estructuras aisladas laverificacin del desempeo de la estructura para el SMP sedebe realizar analtica y experimentalmente. El criterio detrsde esta verificacin es proveer evidencia que en el peorescenario ssmico posible, la estructura aislada es al menostan segura como la estructura convencional. El diseoexplcito del sistema de aislacin y el ensayo de aisladores

para el SMP es necesario actualmente debido a que an noexiste suficiente evidencia prctica como para permitir uncriterio menos conservador. Es importante notar que, losaisladores friccionales o elastomricos convencionalesutilizados permiten alcanzar el nivel de diseocorrespondiente al SMP sin mayor dificultad.

C5.b.6) De acuerdo con los requisitos indicados en estanorma, el diseo de una estructura est orientado a cumplircon los objetivos de desempeo siguientes:

1. Resistir sismos pequeos y moderados sin dao enelementos estructurales, componentes no estructurales, ycontenidos del edificio.


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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.

Para cumplir con estos objetivos, los requisitos propuestoslimitan la respuesta inelstica de la superestructura a unafraccin menor de lo que se permite para edificiosconvencionales. Consecuentemente, el desplazamientolateral de una estructura durante un sismo debe ocurrir en lainterfaz de aislacin y no en la superestructura.

C5.b.7)Los objetivos de desempeo establecidos en C5.b.6exceden a aquellos de estructuras convencionales en sismosmoderados y severos. Es importante recalcar que, incluso atravs de reforzar considerablemente las estructurasconvencionales, es difcil alcanzar los objetivos dedesempeo de una estructura aislada, en especial aquellosrelacionados con los contenidos y terminaciones. Esto sedebe a que el aumento de resistencia de la estructuraconvencional conlleva una rigidizacin de la estructura, loque induce niveles de aceleracin que dificultan el controlde daos en contenidos, instalaciones y terminaciones, y porende, la funcionalidad del edificio. Tal fue el caso delHospital Sylmar, durante el sismo de Northridge en elao 1994 (ver Anexo A, [8]).

C5.c) Proyectos de edificacin con aislacin ssmica enChile

C5.c.1) Algunos ejemplos de edificios con aislacin ssmicaen Santiago son: Edificio de vivienda social de laComunidad Andaluca (ver Anexo A, [15]) diseado yconstruido entre los aos 1991 y 1992, la Clnica San Carlosde la P. Universidad Catlica de Chile construida durante elao 2000 (ver Anexo A, [3]), el Edificio San Agustn de laFacultad de Ingeniera de la P. Universidad Catlica deChile construido durante 2001 y 2002 (ver Anexo A, [3]) eledificio Placa Tcnica del Hospital Militar ubicado en LaReina, (ver Anexo A, [25]), entre otros.

C5.c.2) Los antecedentes mundiales muestran que conposterioridad a los terremotos de Northridge y Kobe, el usode la aislacin ssmica en el mundo ha crecidoconsiderablemente. Por ejemplo, las estadsticas en Japnmuestran que el ao 1998 se construyeron ms de700 edificios con aislacin ssmica, entre los que seincluyen 35 hospitales, 18 edificios gubernamentales y304 edificios de viviendas.


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C5.c.3) Los sistemas de aislacin ms utilizados en elmundo actualmente son los aisladores elastomricos de bajo

amortiguamiento (LDR) y alto amortiguamiento (HDR), losaisladores elastomricos con corazn de plomo (LRB), elaislador de pndulo friccional (FPS), y los deslizadorestefln-acero (PTFE).

C5.c.4) Cada proyecto tiene sus propios factores quemotivan el uso de sistemas de aislacin y posee diferentesobjetivos de desempeo. El primer paso esencial en eldesarrollo del proyecto es definir el criterio de diseo enbase a los objetivos del propietario en lo que respecta a lafuncionalidad de la estructura, dao y proteccin de lainversin, preservacin histrica de la estructura, riesgo alas personas, y economa en la construccin. Para aquellospropietarios que desean una alta prioridad a lafuncionalidad, proteccin de los contenidos, e inversin,requieren un criterio de diseo ms estricto que aquellos quebuscan un nivel de desempeo de proteccin a la vidanicamente. En cualquier caso, es el propietario el que debeestar consciente del nivel de riesgo que se desea asumir enel diseo.

6 Criterio de seleccin C6 Criterio de seleccin

6.1 Bases de diseo C6.1 Bases de diseo

Los procedimientos y limitaciones para el diseo deestructuras con aislacin ssmica se deben determinar

considerando la zona, caractersticas del lugar, aceleracinvertical, propiedades de las secciones agrietadas de loselementos de hormign y mampostera, destino,configuracin, sistema estructural y altura.

Las guas de diseo propuestas incluyen aspectos generalesdel diseo de estructuras con aisladores ssmicos y sonaplicables a una amplia gama de soluciones estructurales

posibles para el sistema de aislacin.

6.2 Estabilidad del sistema de aislacin C6.2 Estabilidad del sistema de aislacin

La estabilidad de los elementos del sistema deaislacin sujetos a cargas verticales se debeverificar por anlisis y ensayos, segn se requiera,para desplazamientos ssmicos laterales iguales aldesplazamiento mximo total.

Debido a esta generalidad, esta norma descansa en laexigencia de que los sistemas de aislacin sean ensayadospara confirmar las propiedades utilizadas en el clculo ydiseo de la estructura aislada. En general los sistemas deaislacin que se consideran adecuados deben:

a) Permanecer estables para el desplazamiento de diseorequerido.

b)Proveer una resistencia que no decrezca con un aumentoen el desplazamiento.

c)No degradarse en rigidez y resistencia bajo carga cclica.

d)Poseer una relacin constitutiva fuerza deformacin queest bien definida y sea repetible.


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6.3 Categoras de destino C6.3 Categoras de destino

El factor de importancia, I, para una edificacin conaislacin ssmica se debe considerar, en todos los casosigual a 1,0 sin considerar la categora de destino.

Dos razones justifican un valor nico del coeficiente deimportancia I en estructuras aisladas. Primero, se reconoceque existe mayor certeza en relacin a estructurasconvencionales sobre el verdadero nivel de demandaimpuesto sobre la estructura. Segundo, como el objetivo dedesempeo del diseo es siempre lograr funcionalidad luegodel sismo, no tiene sentido diferenciar por concepto de usoentre estructuras.

6.4 Requisitos de configuracin

Cada estructura se debe clasificar como estructura regularo irregular en base a la configuracin estructural del

sistema de aislacin, de acuerdo con Tablas C.3 y C.4de 8.5.3.1.

6.5 Seleccin de procedimientos de respuesta lateral

6.5.1 Generalidades C6.5.1 Generalidades

Cualquier estructura con aislacin ssmica se puede, yciertas estructuras aisladas definidas ms adelante sedeben, disear utilizando el procedimiento de respuestalateral dinmico de clusula 8.

C6.5.1.a General

C6.5.1.a.1El modelo estructural del sistema de aislacin yde la sub y la superestructura cumple dos funcionesprimordiales:

a) Clculo de la respuesta y diseo de la sub y lasuperestructura para el terremoto de diseo.

b) Clculo de la demanda de desplazamientos yverificacin de la estabilidad del sistema de aislacinpara el terremoto mximo posible.

C6.5.1.a.2 Distintas metodologas de distintos grados decomplejidad se pueden utilizar para modelar la respuesta deestructuras aisladas, desde modelos simplificados hastamodelos tridimensionales no- lineales del edificio completo.El nivel de sofisticacin del modelo debe ser coherente conel 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 sistema de aislacindebe ser capaz de representar efectos de la respuestatridimensional del sistema, como por ejemplo la torsin enplanta, la correcta distribucin de cargas verticales en losaisladores, interaccin bidireccional, e interaccin lateral-vertical (aislador de pndulo friccional). Adems, el anlisisdel modelo estructural debe considerar la variabilidad delas propiedades de los aisladores; debe considerar la mayorrigidez del sistema de aislacin en la determinacin de las

fuerzas de diseo de la superestructura y la menor rigidezposible en la determinacin de la deformacin del sistemade aislacin.


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C6.5.1.b.2 Si el sistema de aislacin permite ellevantamiento de la estructura, el modelo debe ser capaz de

representar este levantamiento y el impacto en el contactoentre estructura y dispositivo. El levantamiento es unfenmeno no-lineal y requiere modelacin explcita tantoen estructuras aisladas como no aisladas, por ejemplo, atravs de un elemento tipogap que impone cero fuerza en elmomento de levantamiento libre de la estructura. Laimportancia de que el modelo del aislador permita ellevantamiento en caso de ocurrir, es determinar en formaadecuada la redistribucin de esfuerzos y deformaciones queocurre en la estructura una vez que el vnculo del aisladordesaparece.

C6.5.1.b.3 Otro aspecto importante es la consideracin delefecto

travs del aislador. Este efecto crea un

momento significativo sobre la estructura bajo y sobre elaislador. Dependiendo del sistema de anclaje del dispositivo,este momento puede variar entreveces y veces donde es la carga axial sobre el aislador y sudesplazamiento. Este momento es en adicin al momentoflector debido al corte a travs del aislador.

C6.5.1.b.4 Modelacin de aisladores

C6.5.1.b.4.1 General

Uno de los objetivos primordiales del modelo estructuraldebe ser acotar las posibles variaciones observadas en laspropiedades mecnicas de los aisladores como resultado de

variaciones de la carga vertical, la velocidad de carga,movimiento bidireccional, temperatura, y envejecimiento delaislador.

C6.5.1.b.4.2 Modelos lineales

C6.5.1.b.4.2.1Para los procedimientos lineales establecidospor esta norma, el sistema de aislacin se puede representarpor un modelo lineal equivalente. Las propiedades de estemodelo son la rigidez secante del aislador, tambinconfusamente denominada como equivalente, :

(C.1)

y la razn de amortiguamiento lineal viscoso equivalente: (C.2)

en que:

= suma de las energas disipadas por

todos los aisladores en un ciclo;

= rigidez efectiva o secante de todoslos aisladores del sistema deaislacin.


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Todas las cantidades se determinan en base a ciclos deamplitud

.

C6.5.1.b.4.2.2Los modelos lineales equivalentes deben serutilizados slo en el diseo de aisladores elastomricos,cuyas propiedades no son altamente dependientes de lacarga axial. En el caso de aisladores friccionales, serecomienda adicionalmente verificar el diseo de estosdispositivos mediante un anlisis no-lineal de respuesta enel tiempo.

C6.5.1.b.4.3 Modelos no-lineales

C6.5.1.b.4.3.1 Para evaluar la respuesta no lineal de laestructura con aisladores ssmicos se requiere utilizar unmodelo que sea representativo de la constitutiva no-lineal

del dispositivo. De acuerdo con lo descrito anteriormente,este modelo es tpicamente independiente de la velocidadde deformacin en el caso de aisladores elastomricos, perodependiente de ella en el caso de aisladores friccionales.

C6.5.1.b.4.3.2 Debido a que la respuesta dinmica de laestructura completa queda controlada por elcomportamiento del sistema de aislacin, cuando se cumplecon las disposiciones de esta norma, es admisible que elmodelo utilizado durante el diseo del sistema de aislacinsea simple e ignore, por ejemplo, la flexibilidad de lasuperestructura. Esto permite ahorrar gran cantidad detiempo en el clculo de las respuestas y conduce por logeneral a resultados precisos. Sin embargo, una vez

concluido el proceso de diseo es recomendable verificar,con un modelo no lineal de los aisladores y tridimensionalde la superestructura, el comportamiento del sistemacompleto para un conjunto de sismos.

C6.5.1.b.4.3.3El hecho de que la no-linealidad del sistema selocalice en el sistema de aislacin, conduce a que los anlisisno-lineales descritos sean de bajo costo computacional enrelacin a lo que sera un anlisis no-lineal de una estructuraconvencional. Adems, la interpretacin de las respuestasmedidas durante sismos en estructuras aisladas muestra que esposible predecir con gran nivel de precisin (error menor al10%) el verdadero comportamiento no-lineal de estasestructuras (ver Anexo A, [4]).

C6.5.1.c Modelo de la superestructura

C6.5.1.c.1 En general, la superestructura se debe modelar conigual detalle que para un edificio convencional; sin embargo, esun hecho que la incertidumbre en la respuesta del modelo de lasuperestructura se reduce gracias al sistema de aislacin. Elnivel de detalle del modelo de la superestructura debe ser talque permita evaluar correctamente la distribucin de esfuerzosy deformaciones en sus elementos.


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C6.5.1.c.2 Es importante recordar que la superestructuraser 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 beneficiodel sistema de aislacin en cuanto al control del dao de laestructura y sus contenidos. Se define que la superestructurapermanece esencialmente elstica durante el sismo si elrequerimiento nominal de ductilidad sobre las componentesdel sistema de resistencia lateral del edificio es pequeo . Este requerimiento de ductilidad no impide quealgn elemento entre en el rango inelstico; sin embargo, elsistema resistente lateral de la estructura como un todo nocambia su caracterstica apreciablemente.

C6.5.1.d Procedimiento de anlisis

C6.5.1.d.1 En esta norma es posible utilizar modeloslineales o no-lineales para el anlisis de estructuras aisladasssmicamente. El anlisis esttico con modelos linealesestablece valores mnimos del desplazamiento de diseopara el sistema de aislacin y se puede utilizar en una clasemuy limitada de estructuras. Este procedimiento esrecomendado para un diseo preliminar de la estructura yprovee un mecanismo de verificacin simple de modelosms sofisticados.

C6.5.1.d.2El anlisis de respuesta espectral se recomiendapara 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 representadapor un modelo lineal equivalente.

La mayor ventaja de un anlisis de respuesta espectral consuperestructura flexible es que permite calcular en formasimple la distribucin de fuerzas y deformaciones en loselementos.

C6.5.1.d.3 Los procedimientos de anlisis no-lineal

incluyen en general Anlisis Esttico No-lineal (AENL),tambin conocido comopushover, 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 lasuperestructura dependiendo de su importancia; sinembargo, es relevante insistir en que el objetivo de laaislacin ssmica es que la no linealidad de lasuperestructura sea pequea. El anlisis no-lineal derespuesta en el tiempo se debe utilizar en los casossiguientes:

1)Sistemas con una razn de amortiguamiento modalmayor que 30%.

2)Sistemas sin capacidad autocentrante.


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3) Sistemas cuya deformacin se espera exceda ladistancia disponible de separacin 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 comolineal provisto que se demuestre que su respuesta semantiene en el rango elstico durante el SMP.

C6.5.1.d.4 Aunque la mayora de las estructuras conaislacin ssmica se deben analizar por modelos dinmicoslineales o no-lineales del sistema de aislacin, esta normaestablece un requisito mnimo de demanda de deformaciny fuerza que es un porcentaje de la demanda indicada porlas frmulas de anlisis esttico, incluso cuando se realizaanlisis dinmico. Esta indicacin provee un nivel mnimode seguridad que protege contra un diseo excesivamenteno conservador.

6.5.2 Anlisis esttico C6.5.2 Anlisis esttico

El procedimiento de anlisis esttico lateral equivalentede clusula 7 se puede utilizar para el diseo de unaestructura con aislacin ssmica, siempre que:

1. La estructura est ubicada a ms de 10 km de todaslas fallas activas.

C6.5.2, 1 Las fallas activas consideradas son aquellascapaces de generar sismos que puedan controlar el diseo dela estructura.

2. La estructura est ubicada en un tipo de suelo I o II. C6.5.2, 2 En esta norma se ha adoptado la mismaclasificacin de suelos de NCh433. Cuya equivalencia seindica en Tabla N6

3. La superestructura tenga menos de cinco pisos y unaaltura menor que 20 m.

4. El perodo efectivo de la estructura aislada,

, sea

menor o igual que 3,0 s.

5. El perodo efectivo de la estructura aislada, , seamayor que tres veces el perodo elstico de base fijade la superestructura.

C6.5.2, 5 La razn de esta clusula es limitar el anlisisesttico a superestructuras rgidas, que son aquellas en quese logran las mayores reducciones de esfuerzos(ver Figura C.4).

El perodo elstico de base fija de la superestructura puedeser estimado a partir de expresiones empricas o de mtodosaproximados, como el Mtodo de Rayleigh.

6. La superestructura tenga una configuracin regular. C6.5.2, 6Ver C8.5.3.


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7. El sistema de aislacin est definido por todos losatributos siguientes:

7.1 La rigidez efectiva (secante) del sistema deaislacin para el desplazamiento de diseo es mayorque un tercio de la rigidez efectiva (secante) a un20% del desplazamiento de diseo.

C6.5.2, 7.1 La razn de 7.1 es limitar el anlisis estticolateral equivalente a sistemas de aislacin con constitutivasque no presentan gran degradacin de rigidez(ver Figura C.5).

Figura C.5 - Requerimiento de rigidez para realizar

anlisis esttico lateral equivalente

7.2 El sistema de aislacin tiene la capacidad deproducir una fuerza restitutiva, como se especifica

en 10.2.4.

7.3 El sistema de aislacin tiene propiedades defuerza-deformacin que son independientes de lavelocidad de carga.

7.4 El sistema de aislacin tiene propiedades defuerza-deformacin que son independientes de lascargas verticales y efectos de solicitacionesbidireccionales.

C6.5.2, 7.4 Se excluye por lo tanto del anlisis esttico aestructuras con sistemas friccionales de aislacin las que sedebern analizar mediante un anlisis de historia derespuesta en el tiempo.

7.5 El sistema de aislacin debe permitir alcanza eldesplazamiento ssmico mximo posible y nomenos de 1,2 veces el desplazamiento total dediseo.


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6.5.3 Anlisis dinmico C6.5.3 Anlisis dinmico

El procedimiento de respuesta lateral dinmica declusula 8 se debe utilizar para el diseo de estructurascon aislacin ssmica como se especifica a continuacin:

1. Anlisis espectral

El anlisis de respuesta espectral se puede utilizarpara el diseo de una estructura con aislacinssmica, siempre que:

a) La estructura est ubicada en un tipo desuelo I, II, o 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 puede utilizarpara el diseo de cualquier estructura con aislacinssmica y se debe utilizar para el diseo de todas lasestructuras con aislacin ssmica que no cumplan con

los criterios de 6.5.3, tem 1.3. Espectro de diseo especfico del lugar

a) La estructura est ubicada en un tipo de suelo IV,segn disposiciones de NCh433.

b) La estructura est ubicada a menos de 10 km deuna falla activa y capaz.

c) La estructura aislada tiene un perodo

.

C6.5.3, 3 Debido a que suelos blandos tienden a producirespectros de respuesta con amplificaciones importantes enbandas angostas de frecuencia, es esencial poder caracterizarestas bandas para poder evitar que las frecuencias de diseode la estructura aislada coincidan con las predominantes delsuelo.

C6.5.3, 3 a) Un ejemplo caracterstico es el contrasentidoque sera fundar un edificio aislado de periodo cercano a 2 sen las arcillas blandas de ciudad de Mxico (SCT)caracterizada por periodos predominantes de 2,5 s o ensuelos arenosos profundos como Concepcin Centro deperodo predominante de 2,1 s (ver Figura C.6).


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Figura C.6 - Espectros de Respuesta de Aceleracin de

5% de amortiguamiento Concepcin, Chile 2010 versus

terremoto de Mxico 1985

C6.5.3, 3 b) Se define a una falla como activa si hayevidencia de a lo menos un desplazamiento en los ltimos10 000 aos. (Perodo Holoceno). Se define adems unafalla activa como ssmicamente capaz si losdesplazamientos de la falla van asociados a la ocurrencia desismos.

7 Procedimiento de anlisis esttico C7 Procedimiento de anlisis esttico

7.1 Generalidades C7.1 Generalidades

A excepcin de lo indicado en clusula 8, toda estructuraaislada ssmicamente o parte de ella, se debe disear yconstruir para resistir como mnimo las fuerzas ydesplazamientos especificados en esta clusula. Lasdisposiciones de NCh433 tambin son obligatorias, enlo que no contradigan las disposiciones de la presentenorma.

El objetivo de las frmulas entregadas a continuacin esacotar los valores de las propiedades del sistema deaislacin de modo que el diseo resultante sea conservadorbajo todas las fuentes potenciales de variabilidad queafectan las propiedades del sistema de aislacin. Adems,las frmulas reconocen que la rigidez y el amortiguamientoefectivo dependen del nivel de deformacin y deben serevaluados para los niveles ssmicos de diseo y mximoposible. Esta norma no considera el efecto de diferenciasque puedan ocurrir entre las propiedades de diseo y reales(as-built) derivando la responsabilidad del control decalidad de la estructura y los aisladores al Ingenierocalculista.

Aunque no se incluye en esta norma, es posible realizaranlisis esttico no-lineal de una estructura aislada. Elanlisis esttico no-lineal debe ser de tipo pushover, y debeconsiderar como desplazamiento objetivo el proporcionadopor Ecuaciones (1) y (3) en el CM del nivel por sobre laaislacin.


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7.2 Caracterstica fuerza-deformacin del sistema deaislacin

Los desplazamientos y fuerzas laterales mnimas dediseo provocados por sismos en estructuras aisladasssmicamente se deben basar en las caractersticas defuerza-deformacin del sistema de aislacin.

Dichas caractersticas de fuerza-deformacin debenincluir explcitamente los efectos que provoca el sistemapara restringir los efectos del viento, si tal sistema se usapara cumplir con los requisitos de diseo de esta norma.

Las caractersticas de fuerza-deformacin del sistema deaislacin se deben basar en ensayos debidamentefundamentados y realizados de acuerdo con lo estipuladoen clusula 14.

La rigidez vertical mnima del sistema de aislacindebe ser tal que la frecuencia de vibracin propia de laestructura aislada en sentido vertical, suponiendo unasuperestructura rgida, debe ser mayor que 10 Hz.

C7.2 Caracterstica fuerza-deformacin del sistema deaislacin

A continuacin se describen las caractersticas de distintostipos de aisladores, aunque el procedimiento de anlisisesttico no aplique a todos ellos.

C.7.2.a Aisladores elastomricos

C.7.2.a.1 Los aisladores elastomricos son uno de losdispositivos ms utilizados actualmente en el diseo deestructuras aisladas. El aislador elastomrico consiste en unconjunto de capas delgadas de goma natural adheridas aplanchas delgadas de acero formando un sndwich de gomay acero. Durante su construccin, las lminas de acero ygoma se intercalan horizontalmente dentro de un molde deacero que da la forma geomtrica al aislador. Una vez

colocadas estas lminas en el molde, se coloca el aisladorbajo una prensa y se le aplica presin y temperatura de140C por un tiempo cercano a las 6 h en el caso deaisladores circulares de dimetro igual a 60 cm. Duranteeste proceso la goma se vulcaniza y adquiere su propiedadelstica. Adems, el calor aplicado produce la reaccin delpegamento epxico con que se han cubierto las lminas degoma y acero. La adherencia debe ser ms resistente que lagoma misma y la falla por cizalle de un aislador debeocurrir por ruptura de la goma antes que por una falla delpegamento goma-acero.

C7.2.a.2 Las gomas de bajo amortiguamiento (LDR)exhiben en general un comportamiento prcticamentelineal-elstico a bajas deformaciones y lineal-viscoso agrandes deformaciones. La razn de amortiguamientoefectivo es tpicamente menor que 0,07 para deformacionesangulares que varan entre 0 y 2. Una relacin fuerza-deformacin caracterstica de un LDR se muestra enFigura C.7. El diseo de estos aisladores se realiza deacuerdo con Ecuaciones C.7 a C.11 que se presentan enC7.2.c.

Figura C.7 - Ciclo fuerza-deformacin de unapareja de aisladores de bajo

amortiguamiento LDR


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C7.2.b Aisladores con corazn de plomo

C7.2.b.1 Los aisladores con corazn de plomo (LRB) seconstruyen en general de goma de bajo amortiguamiento y se lesdeja un orificio central cilndrico en el que se introduce el coraznde plomo bajo presin. Bajo deformacin lateral, el plomo sedeforma en un estado de corte puro y fluye a una tensin cercanaa los 10 MPa a temperatura ambiente, produciendo numerososciclos histerticos estables. Debido a que el plomo recristaliza atemperatura ambiente (20C aproximadamente), su fluenciarepetida no produce falla por fatiga. Una de las grandes ventajasde los aisladores con corazn de plomo es que producen en formanatural un nivel de rigidez inicial importante para cargas deservicio. Un ciclo tpico de fuerza-deformacin de un aisladorcon corazn de plomo se muestra en Figura C.8.

Figura C.8 - Ciclo fuerza-deformacin de una pareja de

aisladores con corazn de plomo LRB

C7.2.b.2La capacidad del aislador a cero deformacin, ,se puede aproximar por: (C.4)en que: = rea de plomo; y

= tensin de fluencia.Por otra parte, la rigidez post-fluencia del aislador es engeneral mayor que la rigidez de la goma del aislador sin elcorazn de plomo. De esta forma:

(C.5)en que:

= mdulo de corte de la goma calculadotpicamente a = 0,5;

= rea de la goma adherida al acero;

= altura total de goma en el aislador; y

= aproximadamente 1,15.


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Como regla prctica, la rigidez inicial del aislador es entre6,5 y 10 veces su rigidez de post-fluencia.

C.7.2.b.3El ciclo fuerza deformacin de un aislador LRB sepuede representar por un comportamiento bilineal como seindica en Figura C.8. El modelo requiere la definicin detres parmetros: la fuerza de fluencia , la rigidez post-fluencia , y el desplazamiento de fluencia . Conocidoel desplazamiento de fluencia, la fuerza de fluencia es:

(C.6)en que:

El modelo bilineal para la pareja de aisladores LRB deFigura C.8 se muestra en Figura C.9.

Figura C.9 - Ajuste de un modelo bilineal al ciclo

fuerza-deformacin de una pareja

de aisladores LRB

C7.2.c Aisladores de alto amortiguamientoC7.2.c.1 Los aisladores ssmicos de alto amortiguamientoestn hechos de un compuesto especial de goma que permitealcanzar tpicamente valores para la razn deamortiguamiento entre 0,10 y 0,20 para deformacionesangulares menores a = 2 aproximadamente. Es

importante recalcar que la inclusin de nuevos aditivosqumicos en la frmula de la goma de alto amortiguamientoafecta tambin a otras propiedades mecnicas de ella comola elongacin de ruptura. Un ciclo tpico de un aislador dealto amortiguamiento se muestra en Figura C.10.


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Figura C.10 - Curva fuerza-deformacin de

una pareja de aisladores de alto

amortiguamiento HDR

C.7.2.c.2Como ocurre con la mayora de los dispositivos degoma, los aisladores elastomricos requieren de un procesode estabilizacin mecnica del ciclo fuerza-deformacinconocido como scragging. Durante el scragging el aisladorse somete a varios ciclos de deformacin lo que modifica laestructura molecular del compuesto de goma, produciendociclos de fuerza-deformacin ms estables paradeformaciones menores a la que se somete durante elscragging. Estudios recientes muestran que las propiedadesiniciales del compuesto sin scragging se recuperanparcialmente con el tiempo; tal recuperacin depende delcompuesto utilizado.

C7.2.c.3 Tpicamente, en el anlisis de estructuras aisladas

con aisladores HDR, la constitutiva fuerza-deformacin semodela como un sistema bilineal cuyas propiedadesdependen de la razn de amortiguamiento efectivo mdulo de corte tangente G, para un determinado nivel dedeformacin angular se puedecalcular como (ver Anexo A, [5] y [14]):

(C.7)en que:

= representa la altura total de goma del

aislador. Por otra parte, la resistenciacaracterstica para deformacin nula sepuede expresar como:

Q (C.8)en que:

= desplazamiento de fluencia, el que se puedeaproximar por un valor que vara entre 0,05 y 0,1 .

Por ltimo, la fuerza de fluencia del aislador se puede estimarcomo . Alternativamente estas expresionesse pueden escribir en trminos de la rigidez efectiva (secante)como:

-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)

Fuerza

de

Corte(ton)

G = 4,54 kg/cm2

= 16,8 %Hr= 16,2 cm


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(C.9)en que:

= se determina de acuerdo con la curva deensayo y el procedimiento descritoposteriormente; el mdulo efectivo (secante)de la goma resulta:

(C.10)C7.2.c.4 La modelacin bilineal de la constitutiva fuerza-deformacin para un aislador de dimetro

60 cm, rea

/ 4 = 2 827 cm2,

Kg/cm2, y

= 16 cm,

se muestra en Figura C.11.

Figura C.11 - Definicin de modelo bilineal de una

pareja de aisladores de alto amortiguamiento HDR

C7.2.c.5 En Figura C.11 el valor del parmetro Ucorresponde a la razn entre la fuerza para deformacin nulay la fuerza para deformacin mxima en un ciclodeterminado. Este parmetro se puede usar alternativamente ala deformacin de fluencia en la definicin del ciclohistertico del modelo bilineal.

C7.2.c.6 Otro modelo ms preciso que el anterior, utilizadopara gomas de alto amortiguamiento, es la constitutiva deBouc-Wen (SAP 2 000) que en el caso unidimensional sepuede escribir como:

(C.11)

en que:

= representa la componente no-lineal de lafuerza;

= parmetros del estadozdel elemento que

controlan la forma del ciclo; = parmetro que regula la importanciarelativa entre la parte lineal y no-lineal de la constitutiva.


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C7.2.d Rigidez vertical de los aisladores

C7.2.d.1 La rigidez vertical de un aislador se escogetpicamente para producir una frecuencia vertical devibracin del sistema superior a 10 Hz. La rigidez vertical deun aislador se define como:

(C.12)en que:

= representa el mdulo de compresin para elconjunto goma-acero. En el caso de un aisladorcircular, el mdulo de compresin

resulta (ver

Anexo A, [13]): (C.13)en que:

K = mdulo de compresibilidad de la goma (quetpicamente adopta un valor de 2 000 MPa); y

S = primer factor de forma del aislador, que en elcaso de un aislador circular es / 4 , en quees el espesor de las lminas de goma.

En base a estos resultados se demuestra que la razn entre lafrecuencia vertical y lateral de la estructura aislada esaproximadamente igual a:

(C.14)

es decir, =35,4 para un aislador con S =25, = 0,8 Mpa, y = 2 000 MPa. Si el perodo fundamental delsistema aislado es de 2,5 s, la frecuencia vertical de

vibracin es =14 Hz, aproximadamente, superando ellmite de 10 Hz. Es posible demostrar que la rigidez verticalde un aislador es similar a la rigidez vertical de una columnade hormign armado de un piso tipo y seccin idntica a ladel aislador.

C7.2.d.2Eventualmente, el sistema puede experimentar unaamplificacin de la aceleracin vertical del suelo debido a suflexibilidad vertical modificando la carga axial sobre losaisladores, la que se debera considerar.


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C7.2.d.3 Por ltimo, la deformabilidad axial del aislador, aunquepequea, se debe considerar en adicin al descenso que experimenta

el aislador como resultado de su deformacin lateral. Para tal efectola estructura debe considerar una separacin vertical mnima entre loselementos de la superestructura y subestructura. La Figura C.12muestra el descenso experimentado por un aislador de dimetro 60cm como resultado de la deformacin lateral .

Figura C.12 - Descenso del aislador como

resultado de la deformacin lateral C7.2.e Deslizadores y aisladores friccionales

C7.2.e.1El aislador friccional limita nominalmente la carga que sedesarrolla en la interfaz de aislacin a un cierto nivel predeterminadopor el diseador. Esta carga depende del coeficiente de friccin

aplicada sobre ella. Entre las ventajas ms importantes de estosdispositivos est la separacin entre el sistema de transmisin decarga vertical y el mecanismo de aislacin. Sin embargo, el sistemafriccionalper se carece de un mecanismo de restitucin que permitael centrado de la estructura como consecuencia del movimiento delsuelo. Debido a esto, los aisladores friccionales son utilizadosgeneralmente en combinacin (paralelo) con un esquema queproporcione fuerzas restitutivas.

C7.2.e.2La fuerza lateral que desarrolla un aislador friccional seexpresa como:

(C.15)

en que:

= representa la carga normal sobre lasuperficie de aislacin;

= radio de curvatura de la superficie sobre laque ocurre el deslizamiento;

= corresponden al desplazamiento yvelocidad del dispositivo; y

= coeficiente de friccin dinmica.


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Como es habitual la fuerza friccional se invierte de direccin alinvertir el sentido de la velocidad.

C7.2.e.3 Dos esquemas de aislacin friccional se muestran enFigura C.13. La Figura C.13 a) muestra esquemticamente undeslizador friccional sobre un plano horizontal, y Figura C.13 b)muestra un deslizador sobre una superficie esfrica (por ejemplo,pndulo friccional). Acompaan a estos mecanismos de friccinlas constitutivas esquemticas fuerza-deformacin de cada unode ellos.

Figura C.13 - Mecanismos tpicos de aislacin

friccional y relaciones constitutivas

fuerza-deformacin

C7.2.e.4 Para el caso del deslizador horizontal, el radio decurvatura es infinito y por lo tanto no existe una componenterestitutiva que centre al dispositivo. Para una superficie dedeslizamiento esfrica (ver Anexo A, [27]), el radio de curvaturaes constante y la componente restitutiva del dispositivoes lineal en el desplazamiento u como indica Ecuacin (C.15).

C7.2.e.5 Para el caso de deformaciones pequeas, la fuerzanormal en el dispositivo se puede obtener de la expresinsiguiente:

(C.16)

en que:

= corresponde a la carga gravitacional; = corresponde a la aceleracin vertical

del suelo; y

= corresponde a la carga normal debida almomento volcante de la estructura.


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Si las deformaciones son grandes (por ejemplo, sismosimpulsivos de California), la carga normal del deslizador sobre

la superficie esfrica se debe evaluar correctamente a travs deconsiderar la restriccin cinemtica que impone esta superficieen las ecuaciones de movimiento de la estructura(ver Anexo A, [1]).

C7.2.e.6 En la fabricacin de los aisladores friccionales seutiliza preferentemente Tefln1 ([politetrafluoroetileno[PTFE]) reforzado en contacto con una lmina de aceroinoxidable pulida al nivel de espejo. Las presiones de contacto

y el acero utilizadas en el diseoen general no exceden de 40 MPa. Por otra parte, elcoeficiente de friccin vara generalmente entre 0,05 y 0,12dependiendo de la velocidad de deformacin y la presin decontacto.

C7.2.e.7Para una interfaz de tefln y acero, el coeficiente defriccin dinmico se puede escribir como (ver Anexo A, [26]):

() (C.17)en que:

= representan el coeficiente de friccin apequeas y grandes velocidades,respectivamente (ver Figura C.14).Finalmente, la Figura C.15 muestraresultados experimentales de lavariacin de los coeficientes

y como funcin de lapresin de contacto y distintasvelocidades de deslizamiento

Figura C.14 - Variacin del coeficiente de friccin

dinmico d con la velocidad y presin de

contacto (ver Anexo A, [26])

1)Tefln es el nombre comercial de un producto. Esta informacin se entrega para la conveniencia de los usuarios de esta norma y noconstituye un respaldo del INN al producto mencionado. Se pueden usar productos equivalentes, si se demuestra mediantevalidacin, que con ellos se obtienen los mismos resultados.


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Figura C.15 - Variacin observada de los

coeficientes de roce

,

como funcin de la presin de contacto

(ver Anexo A, [26])

C7.2.f Sistemas hbridos de aislacin

Los sistemas de aislacin elastomricos y friccionales sepueden utilizar en combinacin con sistemas de disipacin deenerga. Un ejemplo, es la combinacin entre aislacinelastomrica y disipacin viscosa utilizada recientemente enimportantes proyectos como es el refuerzo estructural deledificio de la Municipalidad de la ciudad de Los Angeles enEE.UU. El propsito de esta combinacin entre aislador degoma y disipador viscoso es utilizar la accin centrante delaislador elastomrico en conjunto con la gran capacidaddisipativa del amortiguador viscoso. Otro sistema hbrido quese ha utilizado con xito en Japn es el de aisladoreselastomricos y disipadores metlicos helicoidales.

7.3 Desplazamientos laterales mnimos C7.3 Desplazamientos laterales mnimos

7.3.1 Desplazamientos de diseo C7.3.1 Desplazamientos de diseo

El sistema de aislacin se debe disear y construirpara soportar, como mnimo, desplazamientos ssmicoslaterales que acten en la direccin de los dos ejesprincipales de la estructura segn Ecuacin (1):

El desplazamiento entregado por Ecuacin (1) se supone queocurre en el centro de masa (CM) del sistema estructural. Elcoeficiente de reduccin por amortiguamiento utilizado seha determinado a partir de las razones entre los valoresespectrales calculados para los registros compatibles chilenosque se describen en C8.4.2 y distintos niveles de la razn deamortiguamiento (ver Anexo A, [7]).

(1) La Ecuacin (1), que asume que la superestructura es rgida,

provee una estimacin conservadora del desplazamiento delsistema de aislacin, debido a que la flexibilidad ydeformacin de la superestructura tienden a hacer decrecer eldesplazamiento del sistema de aislacin.

Debido a que las estructuras aisladas se encuentran en generalen la zona de amplificacin de desplazamiento, se ha definidoun valor constante para el coeficiente ssmico dedesplazamiento .


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en que:

= { se obtiene de Tabla 2 o de Ecuacin (C.18), y deTabla 5.

La Tabla 2 presenta el factor de modificacin que fueobtenido de nueve registros chilenos compatibles con el SDI

para los tres tipos de suelo. Este ltimo factor reconoce ladependenciacon el perodo de vibracin y la calidad del suelode fundacin y aunque su obtencin es un pocoms laboriosa,conduce en general a valores mayores que el factor demodificacin indicadopor el UBC (ver Anexo A, [12]).

El coeficiente de modificacin de respuesta propuesto es:

| | (C.18)Para = 0,05 se debe usar: = 1,54; a = 400, 300 y 200 parasuelos tipos I, II y III, respectivamente.

Para razones de amortiguamiento mayores que 0,05 se debeusar: (C.19)para los tres tipos de suelo (I, II, y III). Similarmente, elparmetro "a " se obtiene de Tabla C.1 siguiente:

Para = 0,02 el espectro de diseo se obtiene dividiendo por0,65 los valores del espectro para = 0,05. Para valores de entre 0,02 y 0,05 se debe usar interpolacin lineal.


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La buena correlacin entre el estimador indicado porEcuaciones C.18 y C.19 y el valor de

obtenido a partir de

los espectros de respuesta correspondientes a los tres registroscompatibles (seis historias) utilizados y los distintosamortiguamientos se muestra en Figura C.16.

Figura C.16 - Factor de modificacin de respuesta 1/ yparmetro para suelo tipo II obtenidos a partir de

registros compatibles

Alternativamente, el factor de reduccin de respuesta poramortiguamiento se puede obtener en forma conservadoraa partir de Tabla C.2 que es idntica a la presentada en

Tabla C.2 - Factores de modificacin de respuesta

por amortiguamiento, y (UBC)


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7.3.2 Perodo efectivo correspondiente aldesplazamiento de diseo

El perodo efectivo de la estructura aisladacorrespondiente al desplazamiento de diseo, , sedebe determinar usando las caractersticas de fuerza-deformacin del sistema de aislacin de acuerdo conla frmula:

C7.3.2 Perodo efectivo correspondiente al desplazamiento dediseo

La Ecuacin (2) indica una estimacin del perodo fundamentalcorrespondiente al desplazamiento de diseo. Esta ecuacin se basaen la rigidez secante del sistema de aislacin correspondiente aldesplazamiento de diseo . Esta estimacin se basaconservadoramente en el menor valor de la rigidez efectiva,entregando el mximo valor del perodo efectivo.

(2)7.3.3 Desplazamiento mximo C7.3.3 Desplazamiento mximo

El desplazamiento mximo del sistema de aislacin,, en la direccin horizontal ms crtica se debecalcular de acuerdo con la frmula:

El desplazamiento proporcionado por Ecuacin (3) se suponeque ocurre en el centro de masa (CM) del sistema estructural.Al igual que en C.7.3.1, el coeficiente de amortiguamiento utilizado se ha obtenido de las razones espectrales para registroschilenos compatibles con los espectros de diseo descritos enC.8.4.1.

(3) La Ecuacin (3), que asume que la superestructura es rgida,provee una estimacin conservadora del desplazamiento delsistema de aislacin, debido a que la flexibilidad y deformacinde la superestructura tienden a hacer decrecer el desplazamientodel sistema de aislacin.en que:

= { se obtiene de Tabla 3, se obtiene de Tabla 2 ode Ecuacin (C.18), y de Tabla 5.7.3.4 Perodo efectivo correspondiente aldesplazamiento mximo

C7.3.4 Perodo efectivo correspondiente al desplazamientomximo

El perodo efectivo de la estructura aislada

correspondiente al desplazamiento mximo, , sedebe determinar utilizando las caractersticas defuerza-deformacin del sistema de aislacin deacuerdo con Ecuacin (4)

(4) La Ecuacin (4) indica una estimacin del perodo fundamental

correspondiente al desplazamiento mximo. Esta ecuacin sebasa en la rigidez secante del sistema de aislacincorrespondiente al desplazamiento mximo . Esta estimacinse basa conservadoramente en el menor valor de la rigidezefectiva, entregando el mximo valor del perodo efectivo.


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7.3.5 Desplazamiento total C7.3.5 Desplazamiento total

7.3.5.1 El desplazamiento de diseo total, , y eldesplazamiento mximo total, , de los elementosdel sistema de aislacin debe incluir desplazamientosadicionales debido a la torsin natural y accidentalcalculada considerando la distribucin espacial de larigidez lateral del sistema de aislacin y la ubicacinmenos favorable de la excentricidad de la masa.

7.3.5.2 El desplazamiento total de diseo, , y eldesplazamiento total mximo, , de los elementosde un sistema de aislacin con distribucin espacialuniforme de rigidez lateral no se debe considerarmenor que lo indicado por las ecuaciones (5) y (6)siguientes:

[ ](5) Las Ecuaciones (5) y (6) proveen una forma simple de estimar

el desplazamiento en cualquier punto de la planta a lo largo deun eje perpendicular a la direccin considerada para el sismo.Estas ecuaciones poseen varias aproximaciones que esimportante identificar:

[

] (6) 1. Estas ecuaciones estn derivadas a partir de un anlisisesttico de la torsin en planta y resultan ser unaaproximacin (slo regular) de las amplificaciones

dinmicas (ver Anexo A, [2]).

2. En la derivacin de estas ecuaciones se asume que la raznentre las frecuencias desacopladas torsional y lateral dela estructura es 1; en general es cercana a uno para unaestructura aislada siempre que exista una distribucinuniforme en planta de aisladores con iguales propiedades.

3. Esta ecuacin asume implcitamente que la mximadeformacin en un punto de la planta ocurre cuando esmxima la traslacin y la rotacin de la plantasimultneamente, simultaneidad que es sabido no ocurreen la respuesta dinmica del sistema (ver Anexo A, [2]).

En cualquier caso, Ecuaciones (5) y (6) tienden a sobrestimar la

deformacin real de la planta si es menor que 1 y asubestimarla en caso contrario.

Finalmente, es importante reconocer que la derivacin de estasecuaciones se basa en que existe una excentricidad de masa enla planta y que la coordenada y se mide con respecto al centrode rigidez de la planta; la excentricidad e en estas ecuacionesincluye la excentricidad esttica (torsin natural) y laexcentricidad accidental (torsin accidental).

Para el caso de estructuras aisladas mediante sistemas depndulos friccionales, el trmino entre parntesis en Ecuaciones(5) y (6) se puede considerar igual a 1.


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7.3.5.3 El desplazamiento total de diseo,

, y el

desplazamiento total mximo,

, se pueden tomar

menores que lo indicado en Ecuaciones (5) y (6),pero no menores que 1,1 veces ni 1,1 veces ,respectivamente, siempre que se demuestre medianteclculos que el sistema de aislacin est debidamenteconfigurado para resistir la torsin. Esta disposicinno aplica para el caso de sistemas de pndulosfriccionales.

C7.3.5.3 Se puede interpretar que el sistema se consideradebidamente configurado para resistir torsin en la medida que

los aisladores ms rgidos se encuentren a lo largo del permetrode la estructura conduciendo a estructuras con una razn defrecuencias desacopladas mayor que 1.

7.4 Fuerzas laterales mnimas C7.4 Fuerzas laterales mnimas

7.4.1 Sistemas de aislacin y elementos estructuralesen el nivel o bajo el sistema de aislacin

C7.4.1 Sistema de aislacin y elementos estructurales en elnivel o bajo el sistema de aislacin

El sistema de aislacin, la fundacin y todos loselementos estructurales bajo el sistema de aislacinse deben disear y construir para resistir una fuerzassmica lateral mnima, , usando todos losrequisitos de capacidad, deformacin y resistenciaapropiados para estructuras no aisladas, en que:

El comit de norma ha determinado que resulta razonablepermitir una reduccin de los esfuerzos de diseo de lasubestructura en consideracin de las sobrerresistenciasintrnsecas de los procedimientos de diseo utilizados(ver Anexo A, [28]).

(7)

Donde no se debe considerar mayor que 1,5 para lafundacin y todos los elementos estructurales bajo elsistema de aislacin, e igual a 1,0 para el sistema deaislacin.

7.4.2 Elementos estructurales sobre el sistema deaislacin

C7.4.2 Elementos estructurales sobre el sistema de aislacin

La estructura sobre el sistema de aislacin se debedisear y construir para resistir como mnimo unafuerza de corte,

, usando todos los requisitos de

capacidad, deformacin y resistencia apropiadospara estructuras no aisladas en que:

El factor de reduccin de respuesta utilizado paraestructuras con aislacin ssmica no supera el valor 2, paraasegurarque la estructura permanezca elstica duranteel sismode diseo. Factores mayores dereduccin no son deseables en

este caso debido a que el movimiento de la estructura estcontrolado por pulsos de duracin entre 2 s y 3 s, los que deocurrir, podran inducir grandes deformaciones inelsticas enla superestructura.

(8)El factor , segn Tabla 4, se debe basar en eltipo de sistema resistente para carga lateral usado enla superestructura.


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7.4.3 Lmites para y C7.4.3 Lmites para

y

7.4.3.1 Lmites para El valor de , considerado a nivel de la interfaz deaislacin, no debe ser menor que .7.4.3.2Lmites para El valor de , considerado a nivel de la interfaz deaislacin, no debe ser menor que lo siguiente:

1. La fuerza lateral ssmica requerida por NCh433,para una estructura de base fija del mismo peso,

, y un perodo igual al de la estructura aislada,. El corte basal mnimo requerido por NCh433se de

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