EL ADN DEL EDIFICIO CHILENO

TOMS GUENDELMAN

CIAG

JUNIO 2015

1

ORIGEN DE ESTA INVESTIGACIN

Despus del sismo de 1985, la comunidad internacional elogi sinreservas el comportamiento de los edificios construidos en nuestropas, llegando a la exagerada denominacin con nombre propio- deEdificio Chileno.

El profesor Rodrigo Flores, de muy fino y a veces sarcstico sentido delhumor, dijo que todo lo bueno que ocurre en este pas es por puracasualidad.

Luego recapacita y seala que el Edificio Chileno se comporta bien,como consecuencia de concepciones estructurales sanas, a base de unaalta densidad de muros de rigidez (rea de muros/rea planta) entodos los pisos, simetra resistente y reducida respuesta torsional.

No obstante lo indicado, junto con destacar estos aspectos positivos,manifestaba su preocupacin por el paulatino alejamiento queobservaba de las sanas prcticas que haban conducido al reconocidoxito de nuestras construcciones.

2

BREVE SNTESIS DEL ANLISIS

SSMICO DE ESTRUCTURAS

3

4

5

6

7

8

SOLUCIN DE LA ECUACIN DEL

MOVIMIENTO. SOLICITACIN

SSMICA

expresin que se puede integrar numricamente.

9

Si la solicitacin sobre la estructura consiste en un movimiento de la base

(accin ssmica) dado por un registro de aceleraciones, la ecuacin del

movimiento queda dada por:

Cuya solucin formal (Integral de Duhamel) es:

MTODOS ESPECTRALES

10

11

12

13

14

lo que conduce a:

15

Conocidas como propiedades de ortogonalidad de los

modos de vibrar con respecto a la rigidez y a la masa.

Estas propiedades son de gran importancia, pues

permiten desacoplar las ecuaciones del movimiento,

transformndolas en un conjunto de ecuaciones

diferenciales de un grado de libertad cada una, que se

integran independientemente y que luego se combinan.

16

17

18

19

20

PROCEDIMIENTO DE ANLISIS

SSMICO DE UN EDIFICIO

1. Se generan las matrices de rigidez de los elementos resistentes.

2. Se construye la matriz de rigidez del edificio.

3. Se construye la matriz de masas del edificio.

4. Se calculan los perodos y formas de vibracin.

5. Se calculan las masas modales equivalentes. Se deducen a partir de las masas de cada

nivel y de las formas modales correspondientes. Son independientes de la solicitacin

ssmica. La suma de todas las masas equivalentes es igual a la masa total del

edificio.

6. Se ordenan las masas equivalentes de mayor a menor.

7. Se escoge un nmero de modos tal que la masa equivalente acumulada sea igual o

mayor al 90% de la masa total del edificio.

8. Se utiliza amortiguamiento de 5%, salvo indicacin contraria.

9. Se solicita el informe de mecnica de suelos del sitio.

10. Se definen los parmetros del espectro de pseudo aceleraciones de diseo del sitio.

11. Se determina la pseudo aceleracin correspondiente a cada modo.

12. Se calculan los esfuerzos de corte basales, por modo, como el producto de la masa

equivalente modal por la ordenada espectral correspondiente. 21

13. Se combinan los cortes modales basales y se escalan, si es necesario.

14. Se calculan los momentos volcantes modales basales y el valor combinado.

15. Se determinan los desplazamientos modales y combinados.

16. Se verifica que el momento P-D sea inferior a 10% del momento volcante basal debido

a las fuerzas ssmicas.

17. Se agregan los desplazamientos debidos a torsin accidental.

18. Se verifica el cumplimiento de las exigencias normativas de desplazamientos de

entrepiso (2 por mil entre centros de masa consecutivos y 1 por mil adicional en los

bordes).

19. Se calculan las fuerzas ssmicas sobre los elementos resistentes.

20. Se determinan los esfuerzos internos ssmicos, por modo y combinados, en cada

elemento resistente.

21. Se determinan los esfuerzos internos en cada elemento resistente, para las

diferentes combinaciones de carga.

22. Se realiza el diseo de cada elemento resistente y de sus fundaciones.

23. Se confeccionan los planos estructurales.

24. Se enva el proyecto a revisin obligatoria.

22

25. Se emiten boletas profesionales ideolgicamente verdaderas.

26. Se espera con paciencia la cancelacin de los honorarios.

27. Se cancela a colaboradores.

28. Se cruzan los dedos para que todo salga bien.

29. F I N.

23

POR QU ES NECESARIA LA CALIFICACION SISMICA DE

EDIFICIOS?

La norma NCh433, en sus distintas versiones, permite el uso de un modelolineal de anlisis, que no brinda certeza respecto del cumplimiento de lafilosofa que inspira a dicha normativa.

El estudio formal del comportamiento ssmico de una estructura requerira eluso de modelos tericos no lineales.

Sin embargo, con el apoyo de la experiencia acumulada, es posible, a partir delos anlisis normativos, detectar aspectos que han originado un satisfactoriocomportamiento de los edificios chilenos en sismos pasados.

24

CMO SE REALIZA?

A travs de indicadores ssmicos.

Algunos de ellos estn relacionados entre s, sin embargo no se haneliminado, debido a que detectan, con diferente sensibilidad, diversosproblemas de estructuracin.

Los valores de los indicadores ssmicos provienen del anlisis ssmiconormativo.

Los rangos de valores de dichos indicadores se obtuvieron de laexperiencia chilena, a partir de una muestra constituida por 585edificios reales construidos en el pas, que generaron 1170 casos deestudio.

Trabajos posteriores confirmaron la factibilidad de utilizacin derangos en edificios de gran altura (rascacielos).

25

INDICADORES DEL

PERFIL BO-SSMICO DE EDIFICIOS

BASE DE DATOS

INDICADORES SISMICOS

de Rigidez

de Acoplamiento

de Redundancia Estructural y Demanda de Ductilidad

26

284

380

248

166

68

18

2 2 2 4 4 20

100

200

300

400

0 -

5

5 -

10

10

-1

5

15

-2

0

20

-2

5

25

-3

0

30

-3

5

35

-4

0

40

-4

5

45

-5

0

50

-6

0

60

-8

0

80

-1

00

10

0 -

N

me

ro d

e C

aso

s

Nmero de Pisos

Casos de EstudioPerfil Original

Edificios Altos

585 Edificios

1170 Casos de Estudio

12 Edificios Altos

24 Casos de Estudio de Edificios Altos

27

Taipi 101, Taiwn Torres Petronas, Kuala Lumpur

RASCACIELOS EN CHILE Y EN EL MUNDO

Central Plaza, Hong Kong

Torre 2 Costanera Center, Santiago

Edificio Titanium, SantiagoTorre Jin Mao, Shanghi

28

020

40

60

80

100

120

140

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0

Alt

ura

[m

]

Periodo [s]

Altura vs. Periodo

H/T=150H/T=70

H/T=30

H/T=20

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Alt

ura

[m

]

Periodo [s]

Altura vs. Periodo

H/T=150

H/T=70

H/T=30

H/T=20

29

Valores dentro de rangos

normales.

Valores aceptables ligeramente

apartados de rangos normales.

1 H/T [m/s] 30 - 70 20 - 30 y 70 - 150

2 M P-/M volc. basal directo 0 - 0,1

3 1000/H 0,2 - 2,0 0 - 0,2

4 1000centro gravedad/h 0,2 - 2,0 0 - 0,2

5 1000extremo/h 0 - 1,0

6 T rotacional/T traslacional 0 - 0,8 y 1,2 - 1,5 0,8 - 1,2 y 1,5 - 2,0

7 Masa eq. rot. acoplada/Masa eq.trasl. directa 0 - 0,2 0,2 - 0,5

8 (M torsor basal/Q basal)/r basal 0 - 0,2 0,2 - 0,5

9 Masa eq. trasl. acoplada/Masa eq. trasl. directa 0 - 0,5 0,5 o ms

10 Q basal acoplado/Q basal directo 0 - 0,5 0,5 o ms

11 Mvolc. basal acoplado/Mvolc. basal directo 0 - 0,5 0,5 o ms

12 Nmero Ejes Resistentes ms de 3 2 - 3

13 R** inferior a 3 3 - 7

Acoplamiento Traslacin-Rotacin y Traslacin-Traslacin

Redundancia Estructural y Demanda de Ductilidad

Rigidez

Indicadores del Perfil Bo-Ssmico

INDICADORES Y SUS RANGOS

30

PERFIL BIO-SISMICO : EDIFICIO 17 PISOS

Valores dentro de rangos normales Valores aceptables ligeramente Valores fuera de rangoapartados de rangos normales

INDICADORES SISMICOS SISMO X SISMO Y CALIFICACION DE VALORES

RIGIDEZ

1.-Altura Total / Perodo Traslacional (m/seg) 42,974 121,633 0 20 30 70 150

2.-Efecto P-D (MP-D / Mb) 0,011 0,002 0 0.1

3.-Desplazamiento total nivel superior (1000d/H) 0,493 0,179 0 0.2 2

4.-Mx. desplaz. de entrepiso en centros de gravedad (1000dcg/h) 0,763 0,257 0 0.2 2

5.-Mx. desplaz. de entrepiso en puntos extremos (1000dext/h) 0,647 0,844 0 1

ACOPLAMIENTO TRASLACION - ROTACION Y TRASLACION - TRASLACION

6.-Perodo Rotacional / Perodo Traslacional 0,836 2,366 0 0.8 1.2 1.5 2

7.-Masa Eq. Rotac. Acoplada / Masa Eq. Traslac. Directa 0,097 0,564 0 0.2 0.5

8.-Excentricidad Dinmica (Mt/Qb) / Radio de Giro Basal 0,263 0,399 0 0.2 0.5

9.-Masa Eq. Trasl. Acoplada / Masa Eq. Trasl. Directa 0,079 0,029 0 0.5

10.-Corte Basal Acoplado / Corte Basal Directo 0,133 0,109 0 0.5

11.-Mto. Volcante Basal Acoplado / Mto. Volcante Basal Directo 0,107 0,039 0 0.5

REDUNDANCIA ESTRUCTURAL Y DEMANDA DE DUCTILIDAD

12.-N de elementos relevantes en la resistencia ssmica 5 4 0 2 3

13.-Factor de Reduccin Espectral Efectivo (R**) 2,505 3,126 0 3 7

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

Y

X

X

Y

Y

X

Y

31

SUGERENCIAS

RIGIDEZ

Verificar que el cuociente H/T sea igual o superior a 30 m/seg.

El rango de valores caracterstico de la construccin chilena se ubicaen torno a H/T = 70 m/seg.

Verificar que el momento volcante basal debido al efecto P- seainferior, o a lo sumo igual, al 10% del momento volcante basal debido a

las solicitaciones ssmicas.

32

ACOPLAMIENTO

Lograr estructuraciones que separen los modos fundamentales demanera tal que el cuociente entre perodos fundamentales se aleje de la

unidad, en alrededor de un 20%.

Procurar que el periodo torsional sea menor que los periodostraslacionales.

Lograr estructuraciones que originen efectos indirectos menores o iguales al 50% de los efectos directos.

Lograr que, en cualquier piso, la excentricidad dinmica no supere el 50% del radio de giro del mismo piso.

33

REDUNDANCIA Y DUCTILIDAD

Disponer de no menos de tres lneas resistentes en cada direccin deanlisis.

Valores de R** iguales o inferiores a 3, no requieren estudioscomplementarios al anlisis normativo.

Valores de R** comprendidos entre 3 y 7, podrn requerir el estudio deldesempeo estructural mediante procedimientos no lineales aproximados

tipo "push-over".

Valores de R** superiores a 7, podrn requerir el estudio del desempeoestructural mediante procedimientos no lineales refinados.

Verificar que el valor resultante de R** sea efectivamente provisto en eldiseo.

34

DENSIDAD DE MUROS

Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de los elementosresistentes sea mayor o igual al 2% de la superficie de la losa de cielo de

dicho piso.

Comprobar que, en cada piso, la superficie transversal de los elementosresistentes sea mayor o igual al 1 de la superficie de losas de cielosuperiores acumuladas hasta dicho piso.

En edificios de hormign armado, se debe verificar que el desplazamientolateral en el techo, u=1.3Sde(Tag), sea inferior, o a lo sumo igual, al 7 dela altura total del edificio.

En edificios de materiales que no aceptan agrietamiento, la expresin semodifica a u=1.3Sde(T), pero se mantiene el requisito que limita este valoral 7 de la altura total del edificio.

35