Evaluación del Comportamiento Sísmico de Edificios de Acero de Baja Altura con Marcos de Momento Ordinarios en Chile

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2020-05

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Universidad de Valparaíso

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Escuela de Ingenieria Civil

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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.

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TERREMOTOS, ESTRUCTURAS DE ACERO, CHILE

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