Evaluación del Comportamiento Sísmico de Edificios de Acero de Baja Altura con Marcos de Momento Ordinarios en Chile
Fecha
2020-05
Autores
Profesor Guía
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Editor
Universidad de Valparaíso
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Facultad
Facultad de Ingeniería
Departamento o Escuela
Escuela de Ingenieria Civil
Determinador
Recolector
Especie
Nota general
Licenciado en Ciencias de la Ingeniería
Título de Ingeniero Civil
Título de Ingeniero Civil
Resumen
Los edificios de marcos de momento de acero, que son de uso frecuente en Estados Unidos,
durante el terremoto de Northridge de 1994 presentaron daños severos, principalmente por fractura de conexiones soldadas. Por esta razón, se realizaron numerosas investigaciones a cargo de la Agencia Federal de Manejo de Emergencias (FEMA), que llevaron a crear requisitos más
conservadores de diseño resumidos en el código Seismic Provisions for Structural Steel Buildings
del American Institute of Steel Construction.
Las estructuras de marcos de momento se clasifican en 3 categorías: marcos de momentos
ordinarios, intermedios y especiales, y se diferencian en su capacidad de disipar energía ante la
demanda de deformaciones inelásticas. De esta manera, los marcos especiales (SMF) son los que
tienen una mayor capacidad de deformación, mientras que los marcos ordinarios (OMF) son los que tienen una menor capacidad. Es decir, los marcos ordinarios pueden ser más resistentes que los marcos especiales, pero ante un sismo de gran intensidad pueden sufrir mayores daños. Por esta razón se imponen limitaciones a la aplicabilidad de marcos ordinarios en cuanto a altura, ocupación y sismicidad del lugar donde se construyen [3], permitiéndose su uso sólo en edificios de un piso con altura máxima de 20 metros, en zona D, E y F en el territorio de Estados Unidos.
En Chile dependiendo del uso de las estructuras, existen dos normas de análisis y diseño
sísmico que especifican los criterios a utilizar en marcos resistentes a momento, la NCh 433 Of. 1996 Mod. 2012 y la NCh 2369 Of. 2003.
Pero cuando los sistemas estructurales no se puedan clasificar dentro de esta categoría, no se deben considerar valores mayores a los especificados en la tabla 5.1 de la norma, correspondientes a sistemas de marcos intermedios u ordinarios.
Mientras que la norma sísmica de estructuras industriales NCh 2369 Of. 2003 establece que, en estructuras de marcos rígidos de varios pisos, la suma de la capacidad resistente a flexión de las columnas que concurran en un nudo debe ser igual o mayor a 1,2 veces la suma de la capacidad resistente a flexión de las vigas conectadas. Esta condición es aún más restrictiva que el criterio de columna fuerte-viga débil de la AISC 341, pero se permite que las estructuras no cumplan esta condición si se demuestra a través del análisis no-lineal que la estructura es estable ante las demandas de deformaciones impuestas por movimientos sismos.
A pesar de que la normativa chilena ha adoptado especificaciones del código AISC 341 (Se especifica en Anexo B de la NCh433), ambas normativas difieren principalmente en dos aspectos
relevantes. En primer lugar, la deriva de entrepiso admisible de la normativa chilena es más
restrictiva que la establecida en la ASCE7, por lo tanto, los edificios chilenos poseen una mayor
rigidez en comparación con los edificios norteamericanos. Por otra parte, las características de los
terremotos subductivos chilenos presentan características muy distintas a los terremotos
transcursivos de la costa suroeste de Estados Unidos. Características como duración, PGA,
contenido de frecuencias, entre otros, han definido muchos de los requerimientos de la AISC 341.
Existen estudios como el de Díaz, donde se evalúan incompatibilidades asociadas a la filosofía de diseño nacional y el uso de la normativa sísmica norteamericana (AISC 341-10). En su estudio, se evalúa el comportamiento de edificios de marcos de momento especiales de tres, seis y trece pisos, diseñados con la ASCE7 y NCh433 Of. 96 Mod. 2009. Donde obtuvo como resultado
de los análisis tiempo-historia, que los edificios diseñados con la normativa chilena presentaron
medianas (valor estadístico) de corte basal entre un 40% y 75% mayor a los valores obtenidos en
las estructuras diseñadas con la normativa norteamericana, lo que demuestra que las estructuras
estudiadas diseñadas con la normativa chilena poseen una mayor resistencia sísmica. Además, las
medianas de los desplazamientos de techo en los edificios diseñados con la norma norteamericana
son entre un 34% y 111% mayores que los valores obtenidos en edificios diseñados con la norma
chilena, lo que se debe a una mayor rigidez lateral de éstos últimos. Adicionalmente, las demandas
de ductilidad y distorsiones de entrepisos en edificios diseñados con la normativa nacional clasifican dentro de la categoría de marcos de momento intermedios según la definición de la AISC 341, por lo tanto, según Díaz “parece innecesario respetar los requerimientos de marcos especiales”.
Por esta razón, a pesar de que la normativa norteamericana sólo permite el uso de marcos
de momento ordinarios en edificios de un piso en zonas de sismicidad mediana y alta, no existen
estudios suficientes que ratifiquen esta restricción en Chile. En este trabajo se estudia el
comportamiento de edificios de hasta tres pisos de marcos ordinarios y de marcos especiales
diseñados con la norma NCh 433 of. 96 mod. 2012, con el objetivo de tener un mejor entendimiento de las características que deberían tener estas estructuras para ser utilizadas en Chile en zonas sísmicas II y III.
Descripción
Lugar de Publicación
Auspiciador
Palabras clave
TERREMOTOS, ESTRUCTURAS DE ACERO, CHILE