REQUISITOS PARA EL DISEÑO SÍSMICO
DE ESTRUCTURAS CON SISTEMAS PASIVOS
DE DISIPACIÓN DE ENERGÍA
(Norma Borrador, elaborada por ACHISINA)
AICE, Castro 7-‐11-‐2013
Tipos de Disipadores Pasivos de Energía
Viscosos: dependen de la velocidad (F=kf(v
a))
•
Deformación de materiales viscoelásticos
•
Fluidos viscosos
Metálicos: dependen de los desplazamientos (F=kf(u))
•
Deformación plástica o extrusión de metales
•
Disipadores por fricción
•
De fricción:
Otros
•
Materiales superelásticos o con memoria de forma
Viscosos, Viscoelásticos
•
Fluido viscoso
•
Viscoelástico
•
Muros con
amortiguamiento
viscoso
Metálicos
•
Acero
•
Plomo
Nueva Zelanda
Puente South Rangitikei, 1981 315 mts, cepa 78 mt
Viscoso, Viscoelástico
•
Fluido viscoso
•
Viscoelástico
•
Muros con
amortiguamiento
viscoso
Metálicos
•
Acero
•
Plomo
Nueva Zelanda
Puente South Rangitikei, 1981 315 mts, cepa 78 mt
Fricción
•
Pall
•
EDR
Patentado por Fluor
•
“Slotted Bolted Connections”
Grigorian and Popov, 1992
Paper 1011
13wcee
Sumitomo
Superficie de Cu con grafitoOtros sistemas de disipación
no contemplados en la norma
•
Amortiguadores de masa sintonizada (AMS)
•
Amortiguadores semi-activos (Ej. MRD)
Incorporación de disipadores:
Principios Básicos
•
Distribución espacial de los disipadores: en
cada piso y a cada lado del edificio
•
Para el sismo máximo considerado, los
disipadores y sus conexiones deben diseñarse
para evitar fallas (no ser el punto débil)
•
Los elementos que transmiten las fuerzas de los
Disipadores a la fundación deben permanecer
Filosofía de diseño
1.
La metodología es aplicable a todo tipo de
sistemas disipadores.
2. La metodología proporciona criterios de diseño
mínimos, con objetivos comparable con sistemas
sismorresistentes convencionales (pero permite
también criterios de diseño que eleven
los niveles de desempeño).
3. La metodología requiere que las estructuras
con disipadores tengan un sistema sismo-
resistente que cumpla con los requerimientos de
la NCh433 para edificios sin disipadores.
4. Se requiere el diseño de los disipadores y el
ensayo de prototipos para desplazamientos,
velocidad y fuerzas correspondientes al terre-
moto máximo posible.
5. La norma provee método de análisis
modal espectral aplicable en muchas
estructuras, siempre que cumplan con
cierta configuración y ciertos criterios de
diseño mínimos (por ejemplo, ser regulares en
planta y altura, al menos 2 disipadores por piso
para resistir torsión).
Pero se requiere análisis no lineal en el tiempo
para confirmar la respuesta máxima de
1.
ASPECTOS GENERALES
1.1 ALCANCE:
1.2 DEFINICIONES:
2. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
2.1
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA.
2.2 MOVIMIENTO DEL SUELO
2.3 SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
3. PROCEDIMEINTO DE ANÁLISIS DINÁMICO NO-LINEAL
3.1 MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA
3.2 MODELAMIENTO DEL SISTEMA DISIPADOR
3.3 PARÁMETROS DE RESPUESTA
4. PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS MODAL ESPECTRAL
4.1 MODELAMIENTO
4.2 PARÁMETROS DE RESPUESTA
4.3 MODIFICACIÓN DE LA RESPUESTA POR
AMORTIGUAMIENTO
5. ESTADOS DE CARGA SÍSMICA Y CRITERIOS DE ACEPTACIÓN
5.1 PROCEDIMIENTO DINÁMICO NO-LINEAL
5.2 PROCEDIMIENTO MODAL ESPECTRAL
6. REVISIONES DEL DISEÑO
7. ENSAYOS
7.1 ENSAYOS DE PROTOTIPO
7.2 ENSAYOS DE PRODUCCIÓN
1.
ASPECTOS GENERALES
Está basada en ASCE-7-2010.
Es, en algunos aspectos, más conservadora que ésta
1.1 ALCANCE:
v
Tipos de disipadores
v
No es aplicable a amortiguadores AMS
v
Si se usan en un sistema de aislación, debe
usarse NCh2745
1.2 DEFINICIONES:
v
Estructura sismorresistente
v
Sistema disipador
v
Sistema sismorresistente (la suma de las
anteriores)
v
Sismo de diseño: 10% en 50 años
(1.2 DEFINICIONES)
ESTRUCTURA SISMORRESISTENTE:
Todos los elementos que
forman la estructura, excluyendo los disipadores.
SISTEMA DISIPADOR:
Conjunto de los elementos disipadores.
SISTEMA SISMORRESISTENTE:
Estructura sismorresistente +
Sistema Disipador.
SISMO DE DISEÑO:
10% probabilidad de excedencia en 50 años
SISMO MÁXIMO POSIBLE:
10% prob. de excedencia en 100 años
2. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO
2.1 REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA.
Se permite satisfacer los requisitos de deformación entre pisos
considerando también el sistema disipador
2.1.1 ESTRUCTURA SISMORRESISTENTE.
•
Debe cumplir con disposiciones de la norma NCh433 (en lo que no
se contraponga con esta norma).
•
Además:
1) Corte basal mínimo:
V
min = Mayor de (V/B1 , ISAoP/6g)Se permite usar el primer valor si se cumple la deformación máx entre pisos de NCh433
2) Elementos de la estructura sismorresistente que además
formen parte del sistema disipador: requerimientos adicionales
(cláusulas 5.1.2 o 5.2.2)
2.1.2 SISTEMA DISIPADOR
1) Elementos de soporte: diseño elástico.
2) Diseño del sistema disipador para el sismo máximo posible. 3) Puntos de conexión de disipadores deben poder acomodar desplazamientos en tres direcciones.
4) Debe haber medios de acceso y un programa de inspección. 5) Profesional responsable del diseño debe establecer un
plan de control para la fabricación de los disipadores.
(2. REQUERIMIENTOS GENERALES DE DISEÑO)
2.2 MOVIMIENTO DEL SUELO
2.2.1 ESPECTRO ELÁSTICO DE DISEÑO
- Para Estructura Sismorresistente: NCh433
- Para Disipadores: 1.2 (espectro elástico de diseño de techo NCh433)
- Espectros específicos para suelos D, E, F o si el edificio se encuentra
2.2.2 REGISTROS SÍSMICOS
Cuando se tiene una de las situaciones siguientes:
1) Si Sistema Disipador se modela explícitamente y se usa análisis dinámico no-lineal
2) Si se ha desarrollado un espectro específico del lugar
Entonces se deben usar registros de aceleración del sismo de diseño y del sismo máximo posible de acuerdo a NCh2745.
2.3 SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
Pueden usarse procedimientos lineal, no-lineal o una combinación.
- Si el suelo es tipo D según NCh433 o si se cumple el punto 1) de 2.2.2, deberá utilizarse análisis dinámico no-lineal según la cláusula 3.
- Si la estructura está en suelo E o F, o se encuentra
a menos de 10 km de una falla activa, además de lo anterior hay que considerar la cláusula 5.1 para la respuesta dinámica máxima.
2.3.1 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS NO-LINEAL (Cláusula 3.)
Puede usarse para cualquier estructura con disipadores pasivos.
2.3.2 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS MODAL ESPECRAL (Cláusula 4)
Puede usarse si se cumple:
-
La estructura es regular en elevación y planta
-
En la dirección de análisis hay al menos dos
disipadores por piso
3. PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
DINÁMICO NO-LINEAL
Se definen los modelos matemáticos a utilizar, los movimientos
sísmicos a considerar y los ensayos de los disipadores
3.1 MODELAMIENTO DE LA ESTRUCTURA
Se deberá considerar, entre otros:
- Distribución espacial de las masa
- Comportamiento histerético de los elementos,
basado en ensayos
- Degradación de resistencia y rigidez
- En sistemas regulares con sistemas sismorresistentes
ortogonales se permiten modelos 2D
3.2 MODELAMIENTO DEL SISTEMA DISIPADOR
Se deberá considerar, entre otros:
- Para disipadores dependiente de la
deformación, el modelo debe representar el
comportamiento histerético experimental
- Para disipadores dependientes de la
velocidad se deberá incluir un coeficiente
de velocidad consistente con los datos
experimentales
- Si las propiedades de los disipadores
cambian durante el análisis, se permite usar
la envolvente considerando propiedades
máxima y mínima de los disipadores
3.3 PARÁMETROS DE RESPUESTA
Se deberá considerar los siguientes parámetros de
respuesta:
- Esfuerzo máximo de los elementos
- Desplazamiento máximo entre pisos
- Desplazamiento y velocidad máxima en
disipadores, según sea el caso
Se podrá usar el promedio de las respuestas en caso de
utilizarse 7 o más registros, de otra forma debe usarse la
respuesta máxima, con un mínimo de 3 registros.
4. PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
MODAL ESPECTRAL
El procedimiento es iterativo, a no ser que el sistema disipador
sea lineal viscoso.
El procedimiento es aproximado porque la matriz de
amortiguamiento no es clásica. Es posible obtener una solución
exacta empleando espacio de estado y variables complejas.
Este procedimiento se puede usar sólo si:
- R
1<3 (equivale a estructura prácticamente elástica)
- La Estructura Sismorresistente es regular
- El lugar se encuentra lejos de una falla activa
- El suelo no es de los tipos D, E o F para el Sistema Disi-
pador o E o F para la Estructura Sismorresistente.
4.1 MODELAMIENTO
-
El modelo de la Estructura Sismorresistente deberá
satisfacer los requerimientos de NCh433 para análisis
modal.
-
Los elementos del Sistema Disipador, que no sean los
disipadores mismos, deberán ser modelados
explícitamente.
-
La rigidez de los disipadores deberá modelarse de
acuerdo al tipo y propiedades del disipador que
corresponda.
4.2 PARÁMETROS DE RESPUESTA
Se deberá usar la combinación CQC de la norma NCh433, con
un coeficiente de acoplamiento modal dado por:
r = T
i/T
jSuma masas equivalentes > 95%
4.2.1 SISTEMA DISIPADOR
Fuerzas de diseño en los disipadores:
Dependerán del tipo de disipador.
Ø Desplazamiento entre pisos
4.2.2 ESTRUCTURA SISMORRESISTENTE
Fuerzas laterales para el piso i
4.3 MODIFICACIÓN DE LA RESPUESTA POR AMORTIGUAMIENTO
4.3.1 COEF. DE AMORTIGUAMIENTO
0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,1 0,77 0,71 0,66 0,64 0,59 0,56 0,54 0,2 0,91 0,88 0,86 0,84 0,81 0,78 0,76 0,3 0,98 0,96 0,95 0,94 0,93 0,91 0,90 0,4 1,03 1,04 1,03 1,03 1,01 1,01 1,01 0,5 1,01 1,02 1,05 1,06 1,09 1,11 1,12 1,0 1,21 1,26 1,28 1,33 1,40 1,47 1,53 1,5 1,33 1,41 1,51 1,57 1,68 1,79 1,87 2,0 1,50 1,59 1,68 1,78 1,90 2,01 2,12 2,5 1,67 1,80 1,93 2,01 2,18 2,35 2,47 3,0 1,83 2,01 2,11 2,24 2,45 2,60 2,71 0,05 0,10 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,05 1,00 1,08 1,13 1,16 1,21 1,24 1,27 0,10 1,00 1,25 1,41 1,54 1,72 1,88 2,01 0,20 1,00 1,31 1,56 1,77 2,15 2,46 2,75 0,30 1,00 1,34 1,61 1,85 2,26 2,62 2,96 0,50 1,00 1,32 1,59 1,83 2,29 2,73 3,14 2,00 1,00 1,26 1,48 1,66 1,98 2,27 2,54 3,00 1,00 1,23 1,43 1,60 1,90 2,16 2,40
4.3.3 AMORT. VISCOSO EQUIVALENTE ADICIONADO
< 3% para diseñar el sistema disipador
5. ESTADOS DE CARGA SÍSMICA Y CRITERIOS DE
ACEPTACIÓN
En este artículo se establece los requisitos que deben cumplir los parámetros de los diferentes sistemas estructurales y los estados de carga a considerar. Estos son específicos para cada procedimiento de análisis:
q Respuesta en el tiempo
q Modal espectral
5.1 PROCEDIMIENTO DINÁMICO NO-LINEAL
5.1.1 ESTRUCTURA SISMORRESISTENTE
• Requisitos de resistencia de NCh433, método de análisis modal.
• Deformación entre pisos: la de la norma NCh433 x R1.
5.1.2 SISTEMA DISIPADOR
• Debe verificarse considerando el sismo máximo posible
5.1.3 COMBINACIÓN DE CARGAS
• La combinación con cargas de gravedad debe hacerse según NCh3171
5.1.4 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN PARA LOS
PARÁMETROS DE RESPUESTA
• Estructura sismorresistente y sistema disipador: evaluarse según
criterios por resistencia, considerando un factor de reducción de resistencia = 1.
• Considerar factores de mayoración según NCh3171.
• No es necesario verificar los elementos de la estructura sismo-
resistente para los esfuerzos del análisis no-lineal.
5.2 PROCEDIMIENTO MODAL ESPECTRAL
5.2.1 ESTRUCTURA SISMORRESISTENTE
Fuerzas máximas de diseño:
1. Del análisis modal espectral del sistema sismorresistente. Los esfuerzos deberán escalarse según el corte mínimo y deberán considerarse las fuerzas de los disipadores sobre la estructura.
2. Análisis estático del sistema sismorresistente con las fuerzas de diseño de los disipadores dependientes de la velocidad.
5.2.2 SISTEMA DISIPADOR
Los disipadores y sus componentes deben diseñarse para resistir las fuerzas, desplazamientos y velocidades provenientes del análisis modal considerando el sismo máximo posible.
5.2.3 COMBINACIONES DE CARGA
Al igual que para el caso de respuesta en el tiempo, las cargas deben combinarse según la norma NCh3171.
6. REVISIONES DEL DISEÑO
El proyecto de norma contempla la revisión del proyecto por parte de un “equipo revisor autorizado independiente”.
7. ENSAYOS
Las propiedades fuerza-velocidad y fuerza-desplazamiento usadas en el diseño deberán basarse en ensayos de prototipos.
7.1 ENSAYOS DE PROTOTIPO
7.2 ENSAYOS DE PRODUCCIÓN
Antes de instalarse los disipadores en el edificio los disipadores deberán ensayarse según un programa definido por el Ingeniero Responsable del Diseño