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PROYECTO NCh 3357

DISEO SSMICO DE COMPONENTES Y SISTEMAS NO ESTRUCTURALES

Diego LPEZ-GARCA, Ph.D. PROFESOR ASOCIADO

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ESTRUCTURAL Y GEOTCNICA PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATLICA DE CHILE

VI Congreso Anual de Ingeniera Estructural Asociacin de Ingenieros Civiles Estructurales

Chilo, Noviembre 6-9, 2013

MOTIVACIN

TERREMOTO DE FEBRERO DE 2010

Uno de los mayores terremotos registrados (Mw = 8.8)

Poblacin del rea afectada: 13.500.000

Vctimas fatales: 525 ( la mitad debidas a tsunamis)

Edificios afectados (post-1985, 3 o ms pisos): 10.000

Edificios con algn grado de dao: 1000 (10%)

Edificios con dao severo: 100 (1%)

Edificios que colapsaron: 4

Aparentemente, la infraestructura est

bien preparada

(Hube et al., 2012)

MOTIVACIN

TERREMOTO DE FEBRERO DE 2010

Prdidas econmicas: 30.000 millones de dlares

Varias causas

Una de las ms importantes: daos en componentes no estructurales

Fuente: http://reconstruccion.utalca.cl $ 620.000.000

$ 1.200.000.000

MOTIVACIN

INFORME DEL MINISTERIO DE SALUD

Hospitales ubicados en zona afectada: 130

Hospitales con daos en componentes no estructurales: 62%

Prdida de funcionalidad: en el 83% de los casos se debi exclusivamente

al dao en componentes no estructurales

Costo de recuperacin de funcionalidad de hospitales:

2.800 millones de dlares

Tiempo de recuperacin de funcionalidad de hospitales:

3-4 aos

MOTIVACIN

AEROPUERTO INTERNACIONAL DE SANTIAGO

Prdida de funcionalidad debida exclusivamente a daos no estructurales

Prdidas reportadas por LAN: u$s 25.000.000

MOTIVACIN

COMPONENTES NO ESTRUCTURALES

(Taghavi and Miranda 2003)

MOTIVACIN

DAOS EN COMPONENTES NO ESTRUCTURALES

Prdidas econmicas directas

Prdida de funcionalidad

Prdidas econmicas indirectas

Indeseable en cualquier tipo de estructura

Inaceptable en estructuras asociadas a servicios esenciales

(hospitales, cuarteles de bomberos, etc.)

Posible prdida de vidas humanas

ANTECEDENTES

NORMATIVA PREVIA

Captulo 8 de la norma NCh 433 Diseo Ssmico de Edificios (1996, 2009)

Basado en ATC-3 (1978)

Captulo 7 de la norma NCh 2369 Diseo Ssmico de Estructuras e

Instalaciones Industriales

Captulo 9 de la norma NCh 2745 Anlisis y Diseo de Edificios con

Aislacin Ssmica

No hubo aplicacin prctica (vaco legal)

ANTECEDENTES

NORMAS TCNICAS MINVU DE EMERGENCIA

Anclaje y Fijacin de Elementos Secundarios (excluidos cielos)

Reparacin Patrimonial

Edificaciones Estratgicas y de Servicio Comunitario

Actualizacin de Norma de Diseo Estructural

Proyecto de Ingeniera Estructural

Empuje de suelo ssmicos y estticos sobre subterrneos de edificios

Actualizacin de Normas de Ascensores

Norma de Diseo estructural para Maremoto y Zonas inundables

ANTECEDENTES

NORMAS TCNICAS MINVU DE EMERGENCIA

Encargadas al Instituto de la Construccin

Corporacin de Derecho Privado sin fines de lucro

Fundada en 1996 por acuerdo del MOP, MINVU, CChC, Colegios

Profesionales de Arquitectos, Ingenieros y Constructores Civiles, UCH

y PUC

Elaboradas por comits formados por profesionales y acadmicos

Integracin de los comits: por invitacin

Plazos preestablecidos para elaboracin y revisin

Promulgadas por decreto (intencin)

ANTECEDENTES

ANTEPROYECTO NTM 001 2010

Establece demandas ssmicas mnimas para componentes no estructurales

Basada en el Captulo 13 de ASCE 7 (2010)

La elaboracin del anteproyecto finaliz en Octubre de 2010

Sometida a consulta pblica

No fue promulgada

ANTECEDENTES

PROYECTO NCh 3357

INN: el anteproyecto NTM 001 2010 es incluido en el Proyecto 27F

Proyecto 27F: aprobacin de un conjunto de normas ssmicas

Revisin: el anteproyecto NTM 001 2010 es ratificado

Anteproyecto NCh 3357: idntico al Anteproyecto NTM 001 2010

Actualmente en estado de consulta pblica

Hasta el 6 de Diciembre de 2013

PROYECTO NCh 3357

DEMANDAS SSMICAS MNIMAS

Se debe demostrar que la capacidad de un componente no estructural

dado es igual o superior a las demandas mnimas establecidas:

Informacin especfica generada en el desarrollo del proyecto

Informacin entregada por el proveedor del componente

En ambos casos, tres posibles procedimientos de certificacin:

Mediante clculo

Mediante ensayos

Mediante experiencia

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(FEMA E-74)

PROYECTO NCh 3357


Dos categoras bsicas:

Sensibles al desplazamiento

Sensibles a la aceleracin

(CSA-S832-06)

PROYECTO NCh 3357


Componentes sensibles al desplazamiento

Anclados a la estructura en puntos de altura diferente

Sujetos a las deformaciones de la estructura

(FEMA E-74) (FEMA E-74)

PROYECTO NCh 3357

COMPONENTES SENSIBLES AL DESPLAZAMIENTO

Demanda ssmica mnima:

Dpl = Dp I

I = coeficiente de importancia (depende de la estructura, dem NCh 433)

Dp = xA yA 0.0085 (hx - hy)

xA = desplazamiento horizontal de la estructura en el punto de anclaje

ubicado a la altura hx (con R* = 1, i.e., sin reducir)

yA = desplazamiento horizontal de la estructura en el punto de anclaje

ubicado a la altura hy (con R* = 1, i.e., sin reducir)

Tpicamente anclados en ms de un punto de la estructura

Sujetos a las deformaciones de la estructura

PROYECTO NCh 3357


Componentes sensibles a la aceleracin

Tpicamente anclados en un punto de la estructura (o no anclados)

Sujetos a las aceleraciones en el punto de anclaje o apoyo

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0 5 10 15 20 25 30

Time [sec]

Acc

eler

atio

n [g

]

PROYECTO NCh 3357

COMPONENTES SENSIBLES A LA ACELERACIN

Sujetos a aceleraciones de piso (respuesta de aceleracin absoluta)

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0 5 10 15 20 25 30

Time [sec]

Acc

eler

atio

n [g

]

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0 5 10 15 20 25 30

Time [sec]A

ccel

erat

ion

[g]

diferencias en magnitudes y en contenido de frecuencias

aceleracin del suelo

aceleracin de piso

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Aceleraciones de piso

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0 5 10 15 20 25 30

Time [sec]

Acce

lera

tion

[g]

aceleracin mxima de piso (Peak Floor Acceleration, PFA)

espectro de piso (Floor Spectrum, FS)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00

T [sec]

SA

[g]

PROYECTO NCh 3357


Demanda ssmica mnima: Fp

Wp Fp

Fp: fuerza ssmica de diseo

Wp: peso ssmico del componente no estructural

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

estimacin de la aceleracin mxima del suelo (PGA) (DS 117/2010)

Espectro de Diseo DS 117/2010

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

factor de amplificacin por altura

zk: altura del piso k (en donde est ubicado el componente) h: altura total de la estructura

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

estimacin de la aceleracin mxima de piso

PROYECTO NCh 3357


Estimacin de la aceleracin mxima de piso

Aceleracin mxima de piso / Aceleracin mxima del terreno

Piso

Edificio tpico de 20 pisos(estructura compuesta por muros de H A)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.50

5

10

15

20

Anlisis tiempo historiaAnlisis modal espectralMINVU NTM 001 2010

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

factor de amplificacin por flexibilidad del componente = 1.0 (rgidos) = 2.5 (flexibles)

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

estimacin del espectro de piso

PROYECTO NCh 3357


Espectro de piso:

T (componente)

ap

0.06 seg

1.0

2.5

rgidos flexibles

Perodo [s]

Pse

udoa

cele

raci

n [g

]

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Piso 7

Perodo [s]

Pse

udoa

cele

raci

n [g

]

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Piso 14

Perodo [s]

Pse

udoa

cele

raci

n [g

]

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Piso 20

Perodo [s]

Pse

udoa

cele

raci

n [g

]

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00.0

2.0

4.0

6.0

8.0

Suelo

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Espectros de piso: estructura mixta muros-marcos de HA, 20 pisos

(Goldschmidt, 2010)

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

Factores de modificacin (dependen del componente)

PROYECTO NCh 3357



p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

Factor de importancia Valores: 1.0 1.5

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p

p

p

pk

A

p W

IR

g

ahz21ZA4.0

F

+=

Factor de modificacin de respuesta del componente (posible comportamiento inelstico del componente)

Valores: entre 1 y 8

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Caracterizacin del componente:

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