18 Jul
Principios de Diseño Sísmico
Análisis Modal Espectral
El análisis modal espectral determina las frecuencias y modos naturales de vibración de una estructura a partir de sus propiedades de rigidez y masa. Luego, las fuerzas sísmicas de cada modo se calculan combinando el espectro de diseño con el periodo del modo. Finalmente, las fuerzas de cada modo se combinan mediante algún método (SRSS, CQC, etc.).
Capacidad Sísmica
La capacidad sísmica es la fuerza cortante máxima que puede resistir una estructura considerando un comportamiento no lineal. La demanda es la cortante inducida por el sismo de diseño. El desempeño sísmico relaciona los niveles de daño esperados con la intensidad del sismo mediante ambos parámetros.
Requisitos de Detallado
Los requisitos de detallado de la NCh433 buscan asegurar una adecuada capacidad de disipación de energía y prevenir modos de falla frágil. Incluyen disposiciones de longitudinales mínimas, transversales, ganchos, traslapos y confinamientos para elementos de hormigón armado y albañilería.
Efectos de Sitio
Algunos efectos de sitio relevantes son: amplificación por suelos blandos, licuación de suelos granulares, densificación, hundimientos, agrietamientos por fallas locales, deslizamientos, entre otros. La NCh433 exige estudios de mecánica de suelos y considerar estos efectos.
Licuación
La licuación ocurre en suelos granulares saturados por aumento de presión de poros. Produce pérdida de capacidad portante, asentamientos y flotación de estructuras. Se puede mitigar mejorando el suelo, cimentaciones profundas o pilotes, control de aguas y densificando con vibración.
Peligro y Riesgo Sísmico
El peligro sísmico es la probabilidad de ocurrencia de un sismo. El riesgo combina la amenaza con la vulnerabilidad de edificios e infraestructura. Depende de la calidad de construcciones, densidad de ocupación, preparación comunitaria, planes de emergencia y aspectos sociales.
Sismo de Diseño
El sismo de diseño representa la acción sísmica considerada para el análisis y diseño estructural. Puede definirse mediante acelerogramas reales, artificiales o espectros de respuesta. Los reales son más representativos, pero su selección es compleja. Los artificiales permiten controlar contenido de frecuencias, pero no representan bien la duración.
Irregularidades en Planta
Las irregularidades en planta más comunes son: asimetrías por distribución de masa y rigidez, esquinas entrantes, discontinuidades por aberturas o cambios de sistemas estructurales. Provocan excentricidades, concentración de derivas, torsión accidental y efectos torsionales. Se mitigan equilibrando rigideces, considerando efectos torsionales y chequeando derivas.
Periodo Fundamental
El periodo fundamental define la frecuencia propia de vibración de la estructura. Depende principalmente de la altura y rigidez lateral del edificio. Influye en la forma del espectro de diseño a utilizar, y en los efectos de amplificación dinámica por interacción suelo-estructura.
Diafragmas
Los diafragmas distribuyen las fuerzas sísmicas horizontales a los elementos verticales según su rigidez, y suman las deformaciones de entrepiso. Se deben diseñar con rigidez y resistencia en su plano, y evitar discontinuidades que concentren esfuerzos.
Capacidad y Ductilidad
La capacidad es la resistencia máxima de la estructura considerando comportamiento no lineal. La ductilidad permite deformaciones inelásticas para disipar energía. Ambas se relacionan al proveer mecanismos de disipación de energía mediante deformación plástica.
Excentricidad Accidental
La norma define un procedimiento para estimar una excentricidad accidental adicional en plantas irregulares, que amplifica los efectos de torsión natural por excentricidad entre masa y rigidez. Permite representar incertidumbres y evitar subestimar los efectos torsionales.
Espectro de Respuesta
El espectro de respuesta representa la máxima respuesta dinámica de osciladores simples ante un registro sísmico. El espectro de diseño corresponde a una envolvente suavizada que representa la amenaza sísmica de una zona.
Daño Sísmico
En sismos moderados se esperan fisuras menores y daño leve reparable en elementos no estructurales. En sismos severos se anticipan fisuras importantes en vigas y columnas, pandeo de barras, spalling en nudos y daño en tabiques y cerramientos.
Sistemas Pasivos
Los sistemas pasivos como aisladores de base y disipadores metálicos o de fricción, reducen la respuesta sísmica mediante aumento del periodo y disipación de energía, sin requerir energía externa ni sensores. Presentan limitaciones de costo, mantenimiento y capacidad de deformación.
Desplazamientos Laterales
La norma limita los desplazamientos laterales de entrepiso para controlar daños y evitar la ocurrencia de efectos de segundo orden significativos. Los desplazamientos verticales se controlan para evitar cambios de geometría excesivos en elementos de piso y potencial colapso.
Hipótesis de Diafragma Rígido
La hipótesis de diafragma rígido supone que éstos no se deforman ante solicitaciones sísmicas. Si existen condiciones como discontinuidades o aberturas significativas, la norma exige evaluar su flexibilidad mediante modelo tridimensional o agregando grados de libertad adicionales.
Normativa NCh433
Clasificación de Suelos
La NCh433 clasifica los perfiles de suelo en 5 tipos (A-E) según la velocidad de propagación de ondas de corte (Vs). A cada tipo le asigna un periodo To que depende de Vs y la aceleración sísmica Z, e interviene en el cálculo del espectro de diseño.
Zonificación Sísmica
La zonificación sísmica de la NCh433 contempla 6 zonas de norte a sur con diferente amenaza sísmica. En cada zona define un coeficiente Z relacionado con la aceleración máxima. Esto permite determinar los espectros de diseño representativos de cada zona.
Combinación de Efectos Sísmicos
La norma exige combinar los efectos sísmicos en las dos direcciones principales horizontales, suponiendo que actúan en forma independiente y máxima en ambas direcciones, para representar la situación más crítica.
Categorías de Edificaciones
La NCh433 clasifica las edificaciones en 4 categorías según su destino e importancia. Las categorías III y IV tienen mayores exigencias en cuanto a desempeño sísmico, análisis y calificación profesional requerida.
Estados Límite
La norma plantea 3 estados límite: servicio (sin daño, sismo frecuente), daño (leve, sismo ocasional) y salvaguardia de vida (severo, sismo muy raro). El desempeño esperado para cada estado límite depende de la ductilidad y capacidad de disipación.
Separaciones Sísmicas
La NCh433 establece una metodología para
determinar separaciones sísmicas entre edificios adyacentes, considerando sus desplazamientos relativos, tipo de estructuración,materialidad y altura. El objetivo es evitar el choque durante los sismos. 38. La norma exige evaluar efectos de segundo orden (P-delta) cuando la deriva de entrepiso excede ciertos límites. Estos efectos son proporcionales a la esbeltez de los elementos y se acentúan en estructuras flexibles y esbeltas. 39. Las derivas de piso limitadas por la NCh433 buscan controlar daños en tabiques, fachadas, piezas frágiles y otros elementos no estructurales. También permite limitar efectos de segundo orden y evitar degradación de rigidez lateral por fisuración. 40. En plantas irregulares, la norma amplifica las excentricidades calculadas entre centro de masa y rigidez con una excentricidad accidental, para representar incertidumbres en distribución de rigidez y masa. Esto incrementa los efectos torsionales accidentales.
41. La norma NCh433 surgió en 1972 tras el sismo de 1971. Inicialmente adoptó un enfoque de fuerzas estáticas equivalentes. En la versión de 1996 incorporó el análisis dinámico modal espectral y la filosofía de diseño por desempeño ante diferentes intensidades de sismo. La versión actual presenta mejoras en zonificación sísmica, suelos y efectos de sitio, disposiciones para edificios irregulares y detrallamiento de elementos sismorresistentes. 42. Para edificios irregulares la NCh433 exige análisis dinámicos, combinar efectos máximos en ambas direcciones, amplificar excentricidades, verificar derivas, considerar efectos de segundo orden y efectos de torsión accidental. El objetivo es representar adecuadamente su comportamiento dinámico complejo. 43. La norma recomienda considerar efectos de interacción entre edificios mediante juntas sísmicas, verificación de puntales que puedan impactar estructuras vecinas, y análisis tridimensionales acoplados cuando el espacio entre construcciones adyacentes es mínimo. 44. La NCh433 exige verificar que elementos no estructurales como tabiques, equipos y piping mantengan su funcionalidad ante sismos moderados. Para esto se deben anclar adecuadamente y chequear desplazamientos relativos en sus apoyos. 45. El método de diseño por capacidad está indicado cuando interesa conocer la ductilidad disponible o en estructuras irregulares donde la respuesta no puede ser bien caracterizada por los procedimientos de la norma. Permite análisis no lineales estáticos o dinámicos para estimar la capacidad. 46. Para muros de hormigón armado la NCh433 exige cuantías mínimas de refuerzo vertical y horizontal, confinamientos en zonas de extremo, estribos cerrados con ganchos sísmicos, traslapes fuera de zonas de máxima solicitación, entre otras disposiciones detalladas. 47. En edificios existentes se debe evaluar la capacidad de elementos, resistencia requerida, rigidez lateral, configuración estructural, fundaciones, masa y desempeño esperado. El refuerzo debe lograr un comportamiento similar o mejor que el original, sin alterar rigidez ni resistencia. 48. Las disposiciones de detallamiento incluyen cuantías balanceadas longitudinales y transversales, confinamientos en zonas críticas, ganchos sísmicos en estribos, traslapes fuera de zonas de máximo esfuerzo, adherencia adecuada de refuerzos, entre otras.
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