Estándar Internacional ISO 3010 Tercera Edición 2017-03 Bases para el diseño de estructuras Acciones sísmicas sobre estructuras. Índice Prólogo ................................................................................................................... 1 Introducción........................................................................................................... 3 1 Alcance................................................................................................................ 4 2 Referencias Normativas..................................................................................... 5 3 Términos y Definiciones .................................................................................... 5 4 Símbolos y términos abreviados ...................................................................... 8 5 Bases del diseño sísmico .................................................................................. 9 6 Principios del diseño sísmico ......................................................................... 10 6.1 Condiciones del sitio .................................................................................... 10 6.2 Configuración estructural ............................................................................. 10 6.2.1 Planificar irregularidades ....................................................................... 11 6.2.2 Irregularidades verticales ....................................................................... 11 6.3 Influencia de elementos no estructurales ..................................................... 11 6.4 Fuerza y Ductilidad ...................................................................................... 12 6.5 Deformación de la estructura ....................................................................... 12 6.6 Sistema de control de respuesta .................................................................. 13 6.7 Cimientos ..................................................................................................... 13 7 Principios de evaluación de acciones sísmicas ............................................ 13 7.1 Acciones variables y accidentales................................................................ 13 7.2 Análisis estáticos dinámicos y equivalentes ................................................. 14 7.2.1 Análisis estático equivalente .................................................................. 14 7.2.2 Análisis dinámico ................................................................................... 14 7.2.3 Análisis estático no lineal ....................................................................... 15 7.3 Criterios para la determinación de acciones sísmicas ................................. 15 7.3.1 Sismicidad de la región .......................................................................... 15 7.3.2 Condiciones del sitio .............................................................................. 16 7.3.3 Propiedades dinámicas de la estructura ................................................ 16 7.3.4 Consecuencia del fracaso de la estructura ............................................ 17 7.3.5 Variación espacial del movimiento de tierra del terremoto ..................... 17 8 Evaluación de acciones sísmicas por análisis estático equivalente ........... 17 8.1 Cargas estáticas equivalentes ..................................................................... 17 8.1.1 ULS ........................................................................................................ 18 8.1.2 SLS ........................................................................................................ 19 8.2 Efectos de acción sísmica dentro del sistema de resistencia sísmica ......... 20 8.3 Acciones sísmicas en partes de estructuras ................................................ 21 9 Evaluación de acciones sísmicas por análisis dinámico ............................. 21 9.1 General ........................................................................................................ 21 9.2 Procedimientos de análisis dinámico ........................................................... 22 9.3 Análisis de espectro de respuesta ............................................................... 22 9.4 Análisis del historial de respuestas y movimientos de tierra del terremoto .. 22 9.4.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados ................................. 23 9.4.2 Movimientos terrestres de terremotos simulados................................... 24 9.5 Modelo de la estructura ................................................................................ 25 9.6 Evaluación de resultados analíticos ............................................................. 25 10 Análisis estático no lineal.............................................................................. 26 11 Estimación de las influencias para sísmicas ............................................... 27 Anexo A (informativo) Factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura, el factor de zonificación de riesgo sísmico y los valores representativos de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto...... 27 Anexo B (informativo) Espectro de respuesta de diseño normalizado .............................................................................................................................. 34 Anexo C (informativo) Parámetros de distribución de fuerza sísmica para análisis estático equivalente .............................................................................. 37 Anexo D (informativo) Factor de diseño estructural para análisis lineal .............................................................................................................................. 42 Anexo E (informativo) Combinación de componentes de acción sísmica .............................................................................................................................. 46 Anexo F (informativo) Momentos torsionales .............................................................................................................................. 49 Anexo G (informativo) Relación de amortiguación ............................................ 50 Anexo H (informativo) Análisis dinámico............................................................ 54 Anexo I (informativo) Análisis estático no lineal y método de espectro de capacidad ............................................................................................................. 63 Anexo J (informativo) Interacción suelo-estructura ......................................... 69 Anexo K (informativo) Diseño sísmico de edificios de gran altura .................. 72 Anexo L (informativo) Límites de deformación .................................................. 76 Anexo M (informativo) Sistema de control de respuesta................................... 78 Anexo N (informativo) Construcción sin ingeniería ........................................... 84 Anexo O (informativo) Acciones de tsunami ...................................................... 87 Anexo P (informativo) Influencias parasísmicas ................................................ 91 Bibliografía........................................................................................................... 92 Prólogo ISO (Organización Internacional de Normalización) es una federación mundial de organismos nacionales de normalización (organismos miembros de ISO). El trabajo de preparación de normas internacionales se lleva a cabo normalmente a través de comités técnicos de ISO. Cada organismo miembro interesado en un tema para el cual se ha establecido un comité técnico tiene derecho a estar representado en ese comité. Las organizaciones internacionales, gubernamentales y no gubernamentales, en contacto con ISO, también participan en el trabajo. ISO colabora estrechamente con la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en todos los asuntos de normalización electrotécnica. Los procedimientos utilizados para desarrollar este documento y los destinados a su posterior mantenimiento se describen en las Directivas ISO / IEC, Parte 1. En particular, deben tenerse en cuenta los diferentes criterios de aprobación necesarios para los diferentes tipos de documentos ISO. Este documento fue redactado de acuerdo con las reglas editoriales de las Directivas ISO / IEC, Parte 2 (ver www.iso.org/directives). Se llama la atención sobre la posibilidad de que algunos de los elementos de este documento puedan estar sujetos a derechos de patente. ISO no será responsable de identificar ninguno o todos los derechos de patente. Los detalles de los derechos de patente identificados durante el desarrollo del documento se encontrarán en la Introducción y / o en la lista ISO de declaraciones de patentes recibidas (ver www.iso.org/patents). Cualquier nombre comercial utilizado en este documento es información dada para la conveniencia de los usuarios y no constituye un endoso. Para obtener una explicación sobre la naturaleza voluntaria de las normas, el significado de los términos y expresiones específicos de ISO relacionados con la evaluación de la conformidad, así como información sobre la adhesión de ISO a los principios de la Organización Mundial del Comercio (OMC) en las Obstáculos 1 técnicos al comercio (OTC), consulte el siguiente URL: www.iso.org/iso/foreword.html. Este documento fue preparado por ISO / TC 98, Bases para el diseño de estructuras, Subcomité SC 3, Cargas, fuerzas y otras acciones. Esta tercera edición cancela y reemplaza la segunda edición (ISO 3010: 2001), que ha sido revisada técnicamente. 2 Introducción Este documento presenta principios básicos para la evaluación de acciones sísmicas en estructuras. Las acciones sísmicas descritas son fundamentalmente compatibles con ISO 2394. También incluye principios de diseño sísmico, ya que la evaluación de acciones sísmicas en estructuras y el diseño de las estructuras están estrechamente relacionados. Los anexos de A a P de este documento son solo para información. NOTA 1: ISO 23469 e ISO 13033 son documentos complementarios de este documento. Proporcionan criterios de diseño básicos para trabajos geotécnicos y para componentes y sistemas no estructurales, respectivamente. NOTA 2: ISO 23469 especifica el procedimiento para determinar el movimiento del terreno de diseño para el análisis dinámico de trabajos geotécnicos. El procedimiento en ISO 23469 es aplicable a la generación de movimiento de diseño del terreno para las estructuras que exhiben interacción con el terreno o las obras geotécnicas. NOTA 3: ISO 13033 y sus anexos usan los mismos términos y definiciones que se usan en este documento. Los criterios de movimiento del suelo especificados en ISO 13033 son los mismos criterios que se utilizan en este documento. La demanda de componentes y sistemas no estructurales está directamente relacionada con la respuesta del edificio en el que se encuentran. Por lo tanto, los procedimientos utilizados para determinar el movimiento del terreno de diseño y la respuesta sísmica del edificio se refieren directamente a este documento. 3 Bases para el diseño de estructuras: acciones sísmicas sobre estructuras 1 Alcance Este documento especifica los principios de evaluación de acciones sísmicas para el diseño sísmico de edificios (incluyendo tanto la superestructura como los cimientos) y otras estructuras. Este documento no es aplicable a ciertas estructuras, como puentes, presas, obras geotécnicas y túneles, aunque algunos de los principios pueden ser mencionados para el diseño sísmico de esas estructuras. Este documento no es aplicable a las centrales nucleares, ya que estas se tratan por separado en otras Normas Internacionales. En regiones donde el riesgo sísmico es bajo, los métodos de diseño para la integridad estructural pueden usarse en lugar de métodos basados en una consideración de las acciones sísmicas. Este documento no es un código legalmente vinculante y exigible. Puede verse como un documento fuente que se utiliza en el desarrollo de códigos de práctica por la autoridad competente responsable de emitir las regulaciones de diseño estructural. NOTA 1: Este documento se ha preparado principalmente para nuevas estructuras de ingeniería. Sin embargo, los principios son aplicables al desarrollo de reglas prescriptivas apropiadas para estructuras no diseñadas (ver Anexo N). Los principios también podrían aplicarse a la evaluación de acciones sísmicas en estructuras existentes. NOTA 2: Otras estructuras incluyen estructuras auto portantes que no sean edificios que transporten cargas de gravedad y que sean necesarias para resistir las acciones sísmicas. Estas estructuras incluyen sistemas de resistencia sísmica a la fuerza similares a los de los edificios, como una torre armada o un estante para tuberías, o sistemas muy diferentes de los de los edificios, como un tanque de 4 almacenamiento de líquidos o una chimenea. Ejemplos adicionales incluyen estructuras encontradas en plantas químicas, minas, plantas de energía, puertos, parques de atracciones e instalaciones de infraestructura civil. NOTA 3: El nivel de riesgo sísmico que se consideraría bajo depende no solo de la sismicidad de la región sino también de otros factores, incluidos los tipos de construcción, las prácticas tradicionales, etc. Los métodos de diseño para la integridad estructural incluyen fuerzas horizontales de diseño nominal (como una carga estática equivalente determinada a partir de un análisis estático equivalente simplificado) que proporciona una medida de protección contra acciones sísmicas. 2 Referencias Normativas Los siguientes documentos se mencionan en el texto de tal manera que parte o la totalidad de su contenido constituye un requisito de este documento. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para referencias sin fecha, se aplica la última edición del documento referenciado (incluidas las enmiendas). ISO 13033, bases para el diseño de estructuras - cargas, fuerzas y otras acciones acciones sísmicas en componentes no estructurales para aplicaciones de construcción. 3 Términos y Definiciones Para los fines de este documento, se aplican los siguientes términos y definiciones. ISO e IEC mantienen bases de datos terminológicas para su uso en la estandarización en las siguientes direcciones: - IEC Electropedia: disponible en http://www.electropedia.org/ - Plataforma de navegación en línea ISO: disponible en http://www.iso.org/obp 3.1 Base de corte Diseño de fuerza horizontal que actúa en la base de la estructura. 5 3.2 método de combinación cuadrática completa CQC Método para evaluar la respuesta máxima de una estructura mediante la combinación cuadrática de valores de respuesta modal. 3.3 Ductilidad Capacidad de deformarse más allá del límite elástico bajo cargas cíclicas sin una reducción significativa en la resistencia o la capacidad de absorción de energía. 3.4 Licuefacción Pérdida o reducción significativa de la resistencia al corte y la rigidez bajo cargas cíclicas en suelos saturados, sueltos, sin cohesión. 3.5 Movimiento de tierra moderado del terremoto Movimiento de tierra utilizado para SLS causado por terremotos que se puede esperar que ocurran en el sitio durante la vida útil de la estructura. Nota 1 a la entrada: Ver Anexo A. 3.6 Espectro de respuesta de diseño normalizado Espectro para determinar el factor de cizallamiento base en relación con la aceleración máxima del suelo en función del período natural fundamental de la estructura. 3.7 Influencias para sísmicas Movimiento de tierra cuyas características son similares a las de movimientos de tierra de terremotos, pero sus fuentes se deben principalmente a actividades industriales, explosivas, de tráfico y otras actividades humanas. 3.8 Efecto P-delta Efecto de segundo orden causado por la acción de la gravedad sobre la masa desplazada. 6 3.9 Fuerza restauradora Fuerza ejercida por la estructura deformada o elementos estructurales que tiende a mover la estructura o elementos estructurales a la posición original. 3.10 Factor de distribución de fuerza sísmica del i-ésimo nivel 𝑲𝑭,𝒊 Factor para distribuir la cizalladura de la base sísmica al nivel i-ésimo, que caracteriza la distribución de las fuerzas sísmicas en elevación, donde ∑ 𝐾𝐹,𝑖 = 1 Nota 1 a la entrada: Ver Anexo C. 3.11 factor de zonificación de riesgo sísmico 𝑲𝒁 Factor para expresar el riesgo sísmico relativo de la región. 3.12 Factor de corte sísmico Factor para dar un corte sísmico de un nivel, que se define como el corte sísmico del nivel dividido por el peso de la estructura por encima del nivel. 3.13 Factor de distribución de corte sísmico del i-ésimo nivel 𝑲𝑽,𝒊 Relación del factor de corte sísmico del nivel i al factor de corte sísmico de la base, que caracteriza la distribución de las cizallas sísmicas en elevación donde kV,i = 1 en la base y generalmente se hace más grande en la parte superior. Nota 1 a la entrada: Ver Anexo C. 3.14 Terremoto severo movimiento de tierra Movimiento de tierra utilizado para ULS causado por un terremoto que podría ocurrir en el sitio Nota 1 a la entrada: Ver Anexo A. 3.15 Interacción suelo-estructura Efecto por el cual la estructura y el suelo circundante afectan mutuamente su respuesta general. 7 3.16 Método de raíz cuadrada de suma de cuadrados Método para evaluar la respuesta máxima de una estructura mediante la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los valores de respuesta modal. 3.17 factor de diseño estructural 𝑲𝑫 Factor para reducir las fuerzas sísmicas o cizallas a niveles que se utilizarán para el diseño, teniendo en cuenta la ductilidad, la deformación aceptable, la recuperación de la fuerza característica y la sobretensión de la estructura. 4 Símbolos y términos abreviados 𝐹𝐸,𝑠,𝑖 Diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para SLS 𝐹𝐸,𝑢,𝑖 Diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para ULS 𝐹𝐺,𝑖 Carga de gravedad en el nivel i-ésimo de la estructura 𝐾𝐸,𝑠 Valor representativo de la intensidad del movimiento del suelo por terremoto para SLS 𝐾𝐸,𝑢 Valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto para ULS 𝐾𝑅 Ordenada del espectro de respuesta de diseño normalizado 𝐾𝑠 Factor de suelo n cantidad de niveles por encima de la base 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑗 ∑𝑛𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗 SLS Estado límite de servicio SRSS Raíz cuadrada de suma de cuadrados SSI Interacción suelo-estructura ULS Estado límite final 𝑉𝐸,𝑠,𝑖 Cizalla sísmica lateral de diseño del nivel i de una estructura para SLS 𝑉𝐸,𝑢,𝑖 Cizalla sísmica lateral de diseño del i-ésimo nivel de una estructura para ULS 8 𝛾𝐸,𝑠 Factor de carga relacionado con la confiabilidad de la estructura para SLS 𝛾𝐸,𝑢 Factor de carga relacionado con la confiabilidad de la estructura para ULS 5 Bases del diseño sísmico La filosofía básica del diseño sísmico de estructuras es, en caso de terremotos. - Para prevenir bajas humanas, - Para garantizar la continuidad de los servicios vitales, y - Para reducir el daño a la propiedad. Además de estos, deben considerarse los objetivos sociales para el medio ambiente. Se reconoce que brindar protección completa contra todos los terremotos no es económicamente factible para la mayoría de los tipos de estructuras. Este documento establece los siguientes principios básicos. a. La estructura no debe colapsar ni experimentar otras formas similares de falla estructural debido a movimientos severos de terremoto que podrían ocurrir en el sitio [estado límite final (ULS)]. Se debe proporcionar mayor confiabilidad para este estado límite para estructuras con alta consecuencia de falla. b. La estructura debe soportar movimientos de tierra moderados por terremotos que pueden ocurrir en el sitio durante la vida útil de la estructura con daños dentro de los límites aceptados [estado límite de servicio (SLS)]. La integridad estructural también debe examinarse considerando el comportamiento de la estructura después de exceder cada uno de los estados límite (SLS y ULS). Si es esencial que los servicios (por ejemplo, equipos mecánicos y eléctricos, incluidos sus sistemas de distribución) retengan sus funciones después de movimientos de tierra severos o moderados, entonces las acciones sísmicas deben evaluarse de acuerdo con el requisito de ISO 13033. La estructura en sí también debe ser verificó que las funciones esenciales permanecen operativas bajo el mismo nivel de los movimientos. 9 NOTA 1: Además del diseño sísmico y la construcción de estructuras establecidas en este documento, es importante considerar contramedidas adecuadas contra desastres posteriores (como incendios, fugas de materiales peligrosos de instalaciones industriales o tanques de almacenamiento, deslizamientos de tierra a gran escala y tsunamis) que puede ser provocada por un terremoto. NOTA 2: Después de un terremoto, es posible que las estructuras dañadas por el terremoto deban evaluarse para una ocupación segura durante un período de tiempo en que ocurren réplicas. Este documento, sin embargo, no aborda las acciones que se pueden esperar debido a las réplicas. En este caso, se requiere un modelo de la estructura dañada para evaluar las acciones sísmicas. 6 Principios del diseño sísmico 6.1 Condiciones del sitio Se deben evaluar las condiciones del sitio bajo acciones sísmicas, teniendo en cuenta los criterios de microzonificación (proximidad a fallas activas, perfil del suelo, comportamiento del suelo bajo gran deformación, potencial de licuefacción, topografía, irregularidad del subsuelo y otros factores como las interacciones entre estos). En el caso de los sitios propensos a la licuefacción, se deben introducir cimientos apropiados y / o mejoras del terreno para acomodar o controlar tales fenómenos (ver ISO 23469). En áreas propensas al peligro de tsunami, se requieren ciertas estructuras importantes (refugios de evacuación vertical, hospitales, instalaciones de comunicación de emergencia, etc.) para resistir las acciones de tsunami (ver Anexo O). 6.2 Configuración estructural Para una mejor resistencia sísmica, se recomienda que las estructuras tengan formas regulares tanto en planta como en elevación. 10 6.2.1 Planificar irregularidades Los elementos estructurales para resistir las acciones sísmicas horizontales deben disponerse de manera que los efectos de torsión se vuelvan lo más pequeños posible. Las formas irregulares en el plano que causan la distribución excéntrica de las fuerzas no son deseables, ya que producen efectos torsionales que son difíciles de evaluar con precisión y que pueden amplificar la respuesta dinámica de la estructura (ver Anexo F). 6.2.2 Irregularidades verticales Los cambios en la masa, la rigidez y la capacidad a lo largo de la altura de la estructura deben minimizarse para evitar la concentración de daños (ver Anexo C). Cuando se va a diseñar una estructura con forma compleja, se recomienda un análisis dinámico apropiado para verificar el comportamiento potencial de la estructura. 6.3 Influencia de elementos no estructurales La estructura, incluidos los elementos estructurales y no estructurales, debe definirse claramente como un sistema sísmico resistente a la fuerza que puede analizarse. Al calcular la respuesta al terremoto de una estructura, se debe considerar la influencia no solo de los elementos del sistema estructural, sino también de los muros, particiones, escaleras, ventanas, etc., que no son estructurales cuando son significativos para la respuesta estructural. NOTA: Los elementos no estructurales a menudo se descuidan en el análisis sísmico. En muchos casos, los elementos no estructurales pueden proporcionar resistencia y rigidez adicionales a la estructura, lo que puede dar lugar a un comportamiento favorable durante los terremotos que justifica su descuido. Sin embargo, en algunos casos, los elementos no estructurales pueden causar un comportamiento desfavorable. Los ejemplos son: muros de tímpano que reducen la altura libre de las columnas de hormigón armado y provocan la falla de corte frágil en las columnas, y la disposición asimétrica de los muros de separación (que se consideran elementos no estructurales) que causa grandes momentos de torsión a 11 la estructura. Por lo tanto, es importante considerar todos los elementos tal como se comportan durante los terremotos. Si descuidar la rigidez y la resistencia de los elementos no estructurales no causa ningún comportamiento desfavorable, no es necesario incluirlos en el análisis sísmico. ISO 13033 proporciona criterios adicionales sobre cuándo se deben incluir componentes no estructurales en el modelo de análisis sísmico del edificio. 6.4 Fuerza y Ductilidad El sistema estructural y sus elementos estructurales (miembros y conexiones) deben tener la resistencia y la ductilidad adecuadas para las acciones sísmicas aplicadas. Se debe proporcionar un rendimiento pos elástico adecuado mediante la elección adecuada del sistema estructural y / o los detalles dúctiles. La estructura debe tener una resistencia adecuada para las acciones sísmicas aplicadas y una ductilidad suficiente para garantizar una absorción de energía adecuada (ver Anexo D). Se debe prestar especial atención a la supresión del bajo comportamiento dúctil de los elementos estructurales, tales como pandeo, falla de unión, falla de corte y fractura frágil. Debe tenerse en cuenta el deterioro de la fuerza de restauración bajo cargas cíclicas. Las capacidades locales de la estructura pueden ser superiores a las asumidas en el análisis. Tales sobrecapacidades deben tenerse en cuenta al evaluar el comportamiento de la estructura, incluido el modo de falla de los elementos estructurales, el mecanismo de falla de la estructura y el comportamiento de los cimientos debido a movimientos severos de terremoto. 6.5 Deformación de la estructura La deformación de la estructura bajo acciones sísmicas debe ser limitada, a fin de restringir el daño por movimientos de tierra moderados por terremoto y evitar el colapso u otras formas similares de falla estructural por movimientos de tierra severos por terremoto. Para estructuras de períodos largos, como edificios de gran altura y edificios sísmicamente aislados, los efectos de la respuesta repetida de desplazamiento 12 grande deben evaluarse para movimientos de tierra severos con períodos largos y de larga duración y limitarse a estar dentro de la capacidad de deformación. NOTA: Hay dos tipos de deformación para controlar: (1) deriva entre pisos para restringir el daño a elementos no estructurales y (2) desplazamiento lateral total para evitar el contacto dañino con estructuras adyacentes (ver Anexo L). 6.6 Sistema de control de respuesta Sistemas de control de respuesta para estructuras, p. Los dispositivos de aislamiento sísmico o de disipación de energía se pueden usar para garantizar el uso continuo de la estructura para movimientos de tierra moderados y, en algunos casos, severos, y también para evitar el colapso durante movimientos de tierra severos (ver Anexo M). 6.7 Cimientos El tipo de base debe seleccionarse cuidadosamente de acuerdo con el tipo de estructura y las condiciones locales del suelo, p. perfil del suelo, irregularidad del subsuelo, nivel del agua subterránea. Tanto las fuerzas como las deformaciones transferidas a través de los cimientos deben evaluarse adecuadamente teniendo en cuenta las tensiones inducidas a los suelos durante los movimientos de tierra del terremoto, así como las interacciones cinemáticas e inerciales entre los suelos y los cimientos. 7 Principios de evaluación de acciones sísmicas 7.1 Acciones variables y accidentales Las acciones sísmicas deben tomarse como acciones variables o acciones accidentales. Las estructuras deben verificarse contra los valores de diseño de las acciones sísmicas para ULS y SLS. Se pueden considerar acciones sísmicas accidentales para estructuras en regiones donde la actividad sísmica es baja para garantizar la integridad estructural. 13 NOTA: La verificación para el SLS puede omitirse siempre que se cumpla con la verificación para el ULS. La verificación del SLS también se puede omitir en regiones de baja sismicidad, donde las acciones de SLS son bajas, y para estructuras rígidas (por ejemplo, edificios de muros de corte) que están diseñadas para permanecer casi elásticas bajo las acciones de ULS. 7.2 Análisis estáticos dinámicos y equivalentes El análisis sísmico de estructuras debe realizarse mediante análisis dinámico o mediante análisis estático equivalente. En ambos casos, las propiedades dinámicas de la estructura deben tenerse en cuenta. Cuando se realiza un análisis no lineal, la secuencia de comportamientos no lineales de la estructura, incluida la formación del mecanismo de colapso, debe determinarse cuando se anticipa un comportamiento no lineal para movimientos de tierra de terremotos severos. NOTA: El análisis estático no lineal se puede utilizar para determinar los mecanismos de colapso (ver Anexo H y Anexo I). 7.2.1 Análisis estático equivalente Las estructuras ordinarias y regulares pueden diseñarse mediante el método estático equivalente utilizando el análisis elástico lineal convencional. 7.2.2 Análisis dinámico Se debe realizar un análisis dinámico para estructuras cuya respuesta sísmica puede no predecirse con precisión mediante un análisis estático equivalente. Los ejemplos incluyen aquellas estructuras con irregularidades de geometría, distribución de masa o distribución de rigidez, o estructuras muy altas en sitios con alto riesgo sísmico (ver Anexo K). También se recomienda un análisis dinámico para estructuras con sistemas estructurales innovadores [p. sistemas de control de respuesta (ver 6.6)], estructuras hechas de nuevos materiales, estructuras construidas en condiciones especiales del suelo y estructuras de especial importancia. El análisis dinámico se clasifica como a) el análisis del espectro de 14 respuesta, b) el análisis del historial de respuesta lineal o c) el análisis del historial de respuesta no lineal (ver Anexo H). 7.2.3 Análisis estático no lineal Las estructuras donde la secuencia de comportamiento no lineal es difícil de predecir deberían utilizar un análisis estático no lineal para determinar la secuencia (ver Anexo I). 7.3 Criterios para la determinación de acciones sísmicas Las acciones sísmicas de diseño deben determinarse con base en las siguientes consideraciones. 7.3.1 Sismicidad de la región La sismicidad de la región donde se va a construir una estructura generalmente se indica mediante el mapeo de un parámetro de zonificación sísmica [valores pico de movimiento de tierra o valores de diseño de respuesta espectral de movimiento de tierra], que deben basarse en la historia sísmica o en datos sismológicos de la región (incluyendo fallas activas), o en una combinación de datos históricos y sismológicos. Además, los valores esperados de la intensidad máxima del movimiento de tierra del terremoto en la región en un período de tiempo futuro determinado deben determinarse en función de la sismicidad regional. NOTA: Existen muchos tipos de parámetros que se pueden usar para caracterizar la intensidad del movimiento del terremoto. Estas son escalas de intensidad sísmica, aceleración y velocidad máxima del terreno, aceleración y velocidad máxima efectiva del terreno, parámetros de respuesta espectral que están relacionados con espectros de respuesta suavizados, energía de entrada, etc. A menudo, estos parámetros se determinan mediante un análisis probabilístico de riesgo sísmico para dar peligro uniforme para una gama de períodos naturales de vibración. En algunos casos, el análisis de peligro se extiende para abarcar la variación en el nivel de peligro con el nivel de probabilidad e integrar esa variación con la fragilidad estructural para alcanzar una confiabilidad consistente contra el colapso. 15 7.3.2 Condiciones del sitio Se deben investigar las propiedades dinámicas de las capas de suelo de soporte de la estructura y se debe considerar el efecto sobre el movimiento del suelo en el sitio. Las condiciones geográficas y geológicas y la influencia de la estructura profunda del subsuelo (efectos de cuenca) también deben tenerse en cuenta. El movimiento del suelo en un sitio particular durante los terremotos tiene un período predominante de vibración que, en general, es más corto en terreno firme y más largo en terreno blando. Se debe prestar atención a la posibilidad de amplificación local de los movimientos de tierra del terremoto, que puede ocurrir (entre otros) en presencia de suelos blandos y cerca del borde de las cuencas aluviales. También se debe considerar la posibilidad de licuefacción, particularmente en suelos saturados, sueltos, sin cohesión. NOTA: Las propiedades de los movimientos de tierra del terremoto, incluida la intensidad, el contenido de frecuencia y la duración del movimiento, son características importantes en lo que respecta a la destrucción de los terremotos. Además, las estructuras construidas en terrenos blandos a menudo sufren daños debido a asentamientos desiguales o grandes durante los terremotos si no se construyen sobre cimientos profundos. 7.3.3 Propiedades dinámicas de la estructura Las propiedades dinámicas, como los períodos y los modos de vibración y amortiguación, deben considerarse para el sistema general de estructura del suelo. Las propiedades dinámicas dependen de la forma de la estructura, la distribución de masa, la distribución de la rigidez, las propiedades del suelo y el tipo de construcción. El comportamiento no lineal de los elementos estructurales también debe tenerse en cuenta (véase 8.1.1). Se debe considerar un valor mayor de la fuerza de diseño sísmico para una estructura que tiene menos capacidad de ductilidad o para una estructura donde la falla de un elemento estructural puede conducir al colapso estructural completo. 16 7.3.4 Consecuencia del fracaso de la estructura Deben tenerse en cuenta las consecuencias de posibles fallas, así como los gastos y esfuerzos necesarios para reducir el riesgo de esas fallas. Al considerarlos y minimizar el riesgo, el diseño con un mayor nivel de confiabilidad es apropiado para edificios donde se reúne un gran número de personas, o estructuras que son esenciales para el bienestar público durante y después de los terremotos, como hospitales, centrales eléctricas, estaciones de bomberos, estaciones de radiodifusión e instalaciones de suministro de agua (ver Anexo A). Para edificios de gran altura, consulte también el Anexo K. Por razones económicas nacionales y políticas, se puede requerir un mayor nivel de confiabilidad en áreas urbanas con un alto potencial de daños y una alta concentración de inversión de capital. NOTA: Los factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura 𝛾𝐸, 𝑢 y 𝛾𝐸, 𝑠 (ver 8.1) generalmente aumentan cuando la clase consecuente es alta (ver Anexo A). Para el análisis del historial de respuestas, los movimientos de tierra de entrada se amplifican o se usan criterios de aceptación más estrictos, consistentes con el aumento de la confiabilidad deseada. 7.3.5 Variación espacial del movimiento de tierra del terremoto Usualmente, el movimiento relativo entre diferentes puntos del suelo puede ser ignorado. Sin embargo, en el caso de estructuras de largo alcance o muy extendidas, esta acción y el efecto de una onda viajera que puede venir con un retraso de fase deben tenerse en cuenta. También se debe considerar la variación espacial de las olas debido a las diferencias de la condición del suelo y la estructura geológica del subsuelo. 8 Evaluación de acciones sísmicas por análisis estático equivalente 8.1 Cargas estáticas equivalentes En el análisis sísmico de estructuras basadas en un método que utiliza cargas estáticas equivalentes, las acciones sísmicas variables para ULS y SLS pueden evaluarse de la siguiente manera. 17 8.1.1 ULS La fuerza sísmica lateral de diseño del i-ésimo nivel de una estructura para ULS, 𝐹𝐸,𝑈,𝑖 , puede determinarse mediante: 𝑛 𝐹𝐸,𝑈,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑢 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗 𝑗=1 o la cizalla sísmica lateral de diseño para ULS, 𝑉𝐸,𝑈,𝑖 , puede usarse en lugar de la fuerza sísmica anterior: 𝑛 𝑉𝐸,𝑈,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑢 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑢 𝐾𝑠 𝐾𝐷 𝐾𝑅 𝐾𝑉,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗 𝑗=1 𝛾𝐸, 𝑢 es el factor de carga en relación con la confiabilidad de la estructura para ULS (ver Anexo A); 𝐾𝑍 es el factor de zonificación de riesgo sísmico que se especificará en el código nacional u otros documentos nacionales (ver Anexo A); 𝐾𝐸,𝑢 es el valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto para ULS que se especificará en el código nacional u otros documentos nacionales al considerar la sismicidad (ver Anexo A); 𝐾𝑠 es la relación de la intensidad del movimiento del suelo del terremoto considerando el efecto de las condiciones del suelo con respecto a la intensidad del movimiento del suelo del terremoto para la condición del sitio de referencia (ver Anexo A); 𝐾𝐷 es el factor de diseño estructural que se especificará para varios sistemas estructurales de acuerdo con su ductilidad, deformación aceptable, características de fuerza de restauración y sobretensión (ver Anexo D); 𝐾𝑅 es la ordenada del espectro de respuesta de diseño normalizado, en función del período natural fundamental de la estructura considerando el efecto de las condiciones del suelo (ver Anexo B) y la propiedad de amortiguación de la estructura (ver Anexo G); 18 𝐾𝐹,𝑖 es el factor de distribución de la fuerza sísmica del i-ésimo nivel para distribuir la cizalladura de la base sísmica a cada nivel, que caracteriza la distribución de las fuerzas sísmicas en elevación, donde 𝐾𝐹,𝑖 , satisface la condición ∑ 𝐾𝐹,𝑖 = 1 (ver Anexo C); 𝐾𝑉,𝑖 es el factor de distribución de cizallamiento sísmico del nivel i, que es la relación del factor de cizallamiento sísmico del nivel i al factor de cizallamiento sísmico de la base, y caracteriza la distribución de cizallas sísmicas en elevación, donde 𝐾𝑉,𝑖 = 1 en la base y generalmente se hace más grande en la parte superior (ver Anexo C); 𝐹𝐺,𝑗 es la carga de gravedad en el i-ésimo nivel de la estructura; n es el número de niveles por encima de la base. 8.1.2 SLS El diseño de la fuerza sísmica lateral del nivel i de una estructura para SLS, 𝐹𝐸,𝑠,𝑖 , puede determinarse por 𝑛 𝐹𝐸,𝑆,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑆 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑆 𝐾𝑠 𝐾𝑅 𝐾𝐹,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗 𝑗=1 o la cizalla sísmica lateral de diseño para SLS, 𝑉𝐸,𝑆,𝑖 , puede usarse en lugar de la fuerza sísmica anterior: 𝑛 𝑉𝐸,𝑆,𝑖 = 𝛾𝐸, 𝑆 𝐾𝑍 𝐾𝐸,𝑆 𝐾𝑠 𝐾𝑅 𝐾𝑉,𝑖 ∑ 𝐹𝐺,𝑗 𝑗=1 𝛾𝐸, 𝑆 es el factor de carga en relación con la confiabilidad de la estructura para SLS (ver Anexo A); 𝐾𝐸,𝑆 es el valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto para SLS que se especificará en el código nacional u otros documentos nacionales al considerar la sismicidad (ver Anexo A); 𝐾𝐸,𝑈 𝑦 𝐾𝐸,𝑆 puede ser reemplazado por un representante único 𝐾𝐸 , como se especifica en ISO 2394, en el procedimiento de verificación, por el cual la 19 confiabilidad de la estructura y las consecuencias de la falla, incluida la importancia del tipo de falla, se tienen en cuenta para especificar la carga factores 𝛾𝐸, 𝑈 y 𝛾𝐸, 𝑆 (ver Tabla A.3). Los valores de la carga por gravedad deben ser iguales a la carga permanente total más una carga impuesta variable probable (ver Anexo C). En áreas nevadas, también se debe considerar una probable carga de nieve. NOTA: Dependiendo de la definición de las acciones sísmicas como variables o accidentales, los valores para la combinación de acciones sísmicas y otras acciones pueden ser diferentes. Para la combinación de acciones, ver ISO 2394. 8.2 Efectos de acción sísmica dentro del sistema de resistencia sísmica Deben considerarse los dos componentes horizontales y verticales del movimiento de tierra del terremoto y su variación espacial, que conducen a la excitación torsional de las estructuras (ver Anexo F). Los efectos torsionales de las acciones sísmicas deben, en general, tenerse en cuenta con la debida consideración de las siguientes cantidades: excentricidad entre los centros de masa y rigidez; el aumento dinámico causado principalmente por el acoplamiento entre las vibraciones traslacionales y torsionales; efectos de excentricidades en otros pisos; inexactitud de la excentricidad calculada; y componentes rotacionales de movimientos de tierra de terremotos. El modelado de la estructura debe incluir una rigidez realista de los elementos estructurales (incluido el agrietamiento donde sea pertinente, especialmente en ULS). Cuando la rigidez de los sistemas de diafragma horizontal que conectan los marcos que resisten las fuerzas sísmicas horizontales es muy baja y la transferencia de fuerzas horizontales entre las líneas horizontales de resistencia sísmica es insignificante, cada línea de resistencia puede analizarse independientemente con una masa efectiva en su área tributaria. de constituir y analizar un modelo tridimensional de la estructura total (supuesto de diafragma flexible). NOTA 1: Las acciones sísmicas en cualquier dirección no siempre alcanzan sus máximos al mismo tiempo. 20 NOTA 2: La componente vertical del movimiento de tierra del terremoto se caracteriza por frecuencias más altas que la componente horizontal. La aceleración vertical máxima suele ser menor que la aceleración horizontal máxima; sin embargo, en la vecindad de la falla, el pico vertical puede ser más alto que el horizontal, sin embargo, en la vecindad de la falla, el pico vertical puede ser más alto que el horizontal. En varias formas estructurales, la magnitud de la respuesta estructural de la vibración torsional puede ser comparable o mayor que la de la vibración traslacional. Para estructuras altamente irregulares, se recomiendan análisis dinámicos no lineales bidimensionales. NOTA 3: Las columnas de las estructuras de las esquinas están sujetas a grandes acciones sísmicas debido a los efectos combinados de la respuesta torsional combinada con la respuesta traslacional de los dos componentes horizontales de los movimientos. 8.3 Acciones sísmicas en partes de estructuras Cuando las acciones sísmicas para las partes de la estructura se evalúan mediante un análisis estático equivalente, se deben usar factores apropiados para las fuerzas sísmicas o cizallas, teniendo en cuenta los efectos de modo más altos de la estructura, incluidas las partes (ver Anexo C). Las acciones sísmicas más grandes que las dadas en 8.1 pueden actuar sobre partes de estructuras tales como parapetos en voladizo, estructuras que se proyectan desde el techo, ornamentaciones y apéndices. Además, los muros cortina, los paneles de relleno y las particiones adyacentes a las vías de salida o frente a las calles deben diseñarse con seguridad utilizando los valores apropiados de las acciones sísmicas de acuerdo con los requisitos de la norma ISO 13033. 9 Evaluación de acciones sísmicas por análisis dinámico 9.1 General Al realizar un análisis dinámico, es importante tener en cuenta los siguientes elementos (ver Anexo H). 21 a. Se debe configurar un modelo apropiado, que pueda representar las propiedades dinámicas de la estructura real. b. Deben establecerse movimientos de tierra apropiados para el terremoto o espectros de respuesta de diseño, teniendo en cuenta la sismicidad y las condiciones del sitio. 9.2 Procedimientos de análisis dinámico Los procedimientos habituales de análisis dinámico pueden clasificarse como a. El análisis del espectro de respuesta para sistemas lineales o equivalentes, b. El análisis del historial de respuestas para sistemas lineales o no lineales. 9.3 Análisis de espectro de respuesta Un espectro de respuesta de diseño debe definirse como la entrada para realizar un análisis de espectro de respuesta. Este espectro puede ser a) un espectro de respuesta de código especificado para el sitio o b) un espectro de respuesta de diseño específico del sitio desarrollado considerando la relación de amortiguación adecuada (ver Anexo G). El espectro de respuesta de diseño debe suavizarse. En el análisis del espectro de respuesta, la respuesta dinámica máxima generalmente se obtiene mediante combinaciones estadísticas, teniendo en cuenta los modos de vibración predominantes (ver Anexo H). Se debe considerar un número suficiente de modos. NOTA 1: Por lo general, una gran cantidad de deformación post-elástica y los efectos de la duración de las acciones sísmicas no pueden considerarse en el análisis del espectro de respuesta. NOTA 2: CQC o SRSS pueden evaluar los efectos de modo superior en un sistema lineal equivalente (ver Anexo H). 9.4 Análisis del historial de respuestas y movimientos de tierra del terremoto Se requiere un conjunto de movimientos de tierra por terremoto como entrada para realizar un análisis del historial de respuestas. Estos movimientos son movimientos terrestres de terremotos grabados y/o simulados que se seleccionan y escalan para 22 que coincidan generalmente con el espectro de respuesta de diseño para el sitio. Para ambos tipos de movimientos de tierra, se debe tener en cuenta la naturaleza estocástica de los movimientos de tierra del terremoto. Se deben determinar los movimientos de tierra apropiados para los terremotos para cada estado límite, teniendo en cuenta la sismicidad, las condiciones locales del suelo, el período de recurrencia de terremotos pasados, la distancia a fallas activas, las características de origen de posibles terremotos, la incertidumbre en la predicción, la vida útil de diseño de la estructura. y consecuencia del fallo de la estructura. Para ese propósito, el movimiento del suelo de referencia, que es independiente de las características de las estructuras, debe evaluarse utilizando movimientos del suelo simulados o grabados como el movimiento del suelo en la superficie libre del suelo, en el lecho rocoso o en una profundidad equivalente del lecho rocoso. Luego, la acción sísmica debe evaluarse a partir del movimiento del suelo de referencia, considerando el efecto de varios factores, como el comportamiento dinámico de las estructuras y la interacción suelo-estructura. 9.4.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados Cuando se consideran movimientos de tierra de terremotos registrados en un análisis dinámico, se puede hacer referencia a los siguientes registros: - fuertes movimientos de tierra causados por terremotos registrados en o cerca del sitio; - fuertes movimientos de tierra causados por terremotos registrados en otros sitios con similares características geológicas, topográficas y características sismológicas Los movimientos de tierra registrados del terremoto deben escalarse de acuerdo con el estado límite correspondiente, sismicidad del sitio, y características dinámicas lineales y no lineales de la estructura. 23 9.4.2 Movimientos terrestres de terremotos simulados Dado que es imposible predecir exactamente los movimientos de tierra del terremoto que se espera en un sitio en el futuro, puede ser apropiado usar movimientos de tierra de terremotos simulados como entradas sísmicas de diseño. Los parámetros de los movimientos de tierra simulados del terremoto, así como el número de entradas de diseño deben reflejar estadísticamente los datos geológicos y sismológicos disponibles para el sitio de construcción. Los movimientos de tierra simulados pueden obtenerse mediante técnicas de la siguiente manera: - técnicas de correspondencia espectral; - simulaciones de ruptura de fallas basadas en escenarios de terremotos; - representaciones estocásticas, p. ruido blanco. Los movimientos de tierra simulados del terremoto deben establecerse de acuerdo con el estado límite correspondiente, la sismicidad del sitio y las características dinámicas lineales y no lineales de la estructura. NOTA 1 Los parámetros de los movimientos de tierra simulados del terremoto son períodos predominantes, configuración espectral, duración de tiempo (envoltura de tiempo de los movimientos simulados), intensidad, cantidad de energía que ingresa a la estructura, etc. NOTA 2 Los escenarios de terremotos se basan en la información de placas tectónicas, parámetros de fallas sísmicas, distribución de deslizamiento, etc. NOTA 3 Los componentes de movimientos de tierra simulados incluyen efectos de coherencia. NOTA 4 En términos de clasificación del movimiento de tierra como entradas sísmicas de diseño, los movimientos de tierra simulados de terremoto que se generan para que coincidan con los espectros de respuesta elástica se pueden llamar movimiento de tierra artificial de terremoto. 24 9.5 Modelo de la estructura El modelo analítico de la estructura debe representar las características dinámicas de la estructura real, como los períodos naturales y los modos de vibración, las propiedades de amortiguación y las características de la fuerza de restauración, teniendo en cuenta la ductilidad del material y la ductilidad estructural. Las características dinámicas se pueden estimar a través de procedimientos analíticos y / o resultados experimentales. Se debe considerar lo siguiente: a) la masa debe incluir la masa de construcción permanente y una porción apropiada de las cargas impuestas; b) efectos de acoplamiento de la estructura con sus cimientos y terreno de soporte; c) amortiguación en modos fundamentales y superiores de vibración (ver Anexo G); d) restaurar las características de fuerza de los elementos estructurales en rangos lineales y no lineales, incluidas las propiedades de ductilidad y el efecto de grietas en la construcción de concreto y mampostería; e) efectos de elementos no estructurales sobre el comportamiento de la estructura; f) efectos de la torsión en rangos lineales y no lineales; g) efectos de la deformación axial de columnas y otros elementos verticales, o deformación general de flexión de la estructura; h) efectos de la distribución irregular de la rigidez lateral en la elevación (por ejemplo, cambio brusco de rigidez en plantas particulares); i) efectos de la rigidez del diafragma del piso, incluyendo grietas cuando sea apropiado. Cuando se considera la interacción suelo-estructura, se recomienda establecer el modelo que incluya la estructura, los cimientos y el suelo. 9.6 Evaluación de resultados analíticos Cuando se lleva a cabo un análisis dinámico, la evaluación de acciones sísmicas y / o efectos de acción puede ser posible únicamente en función de los resultados del 25 análisis dinámico. Sin embargo, la evaluación de las acciones sísmicas por análisis estático equivalente también proporciona información útil. Por lo tanto, se recomienda que la cizalla base obtenida del análisis dinámico se compare con la cizalla base del análisis estático equivalente, y la cizalla base de diseño debe tener algunos límites como porcentaje del cizallamiento base del análisis estático equivalente en caso de que el análisis dinámico da una base más baja. 10 Análisis estático no lineal En el análisis estático no lineal, una estructura está sujeta a fuerzas laterales que aumentan hasta que la estructura puede colapsar. Las fuerzas representan las fuerzas sísmicas inducidas por los movimientos de tierra del terremoto, donde la configuración de las fuerzas puede ser proporcional a las fuerzas sísmicas de diseño o fuerzas causadas por el modo fundamental de la estructura. Las fuerzas sísmicas se aplican de forma incremental como cargas estáticas hasta que se encuentra un estado no lineal en un miembro o conexión modelado. Las propiedades de miembro / conexión se ajustan para tener en cuenta la no linealidad encontrada y luego se aplican fuerzas incrementales adicionales. El proceso continúa hasta que el modelo estructural alcanza la inestabilidad analítica (es decir, el colapso) o se logra un desplazamiento estructural global objetivo. El análisis se conoce como "análisis de empuje" y proporciona información sobre la capacidad no lineal, la deformación, la secuencia de formación de bisagras de plástico, el mecanismo de falla de la estructura, etc. Las curvas de cizalla vs. deflexión obtenidas se pueden convertir en una curva única para el grado de libertad único equivalente (SDOF) de la estructura. La curva que traza la cizalladura contra la deflexión para el SDOF equivalente se llama espectro de capacidad y se puede comparar con el espectro de demanda (espectro Sa - Sd) para verificar el rendimiento sísmico de la estructura (ver Anexo I). 26 11 Estimación de las influencias para sísmicas Este documento puede usarse como un enfoque introductorio para las influencias para sísmicas cuyas características son similares a los terremotos, p. explosiones subterráneas, vibración del tráfico, conducción de pilotes y otras actividades humanas. Algunas observaciones de asesoramiento se presentan en el Anexo P. Anexo A (informativo) Factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura, el factor de zonificación de riesgo sísmico y los valores representativos de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto A.1 Factores de carga relacionados con la confiabilidad de la estructura, γE,u y γE,s A.1.1 General γE, u y γE, s son los factores de carga (a veces llamados factores de importancia) para ULS y SLS, respectivamente. Son factores parciales para la acción de acuerdo con el formato de factor parcial en ISO 2394 y se pueden determinar por medio de la teoría de confiabilidad. Los factores dependen del valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto y se determinan para el estado límite correspondiente considerando: a) el grado requerido de fiabilidad, b) la variabilidad de las acciones sísmicas, c) la incertidumbre asociada con la idealización de las acciones y estructuras sísmicas. A.1.2 Grado de fiabilidad requerido El grado de fiabilidad requerido depende principalmente de la consecuencia de posibles fallas. La clase de consecuencia debe determinarse desde el punto de vista de posibles consecuencias de fallas durante y / o después de terremotos en términos de, p. pérdida de vidas, lesiones humanas, posibles pérdidas económicas, inconvenientes sociales e impacto ambiental. El alcance y la magnitud de la 27 consecuencia pueden depender del contexto de los proyectos y diferir desde diferentes perspectivas. Por lo tanto, estos deben determinarse cuidadosamente considerando las consecuencias para todas las partes interesadas relevantes, como los propietarios, proveedores y usuarios. Para ULS, donde los requisitos de diseño corresponden al riesgo de vida durante y después de movimientos de tierra de terremotos severos, γE, u debe determinarse de acuerdo con las siguientes categorías de estructuras. a) Clase de alta consecuencia: - estructuras que contienen grandes cantidades de materiales peligrosos cuya liberación al público puede dar lugar a graves consecuencias, p. tanques de almacenamiento de materiales químicos; - estructuras estrechamente relacionadas con la seguridad de la vida del público, p. hospitales, estaciones de bomberos, estaciones de policía, centros de comunicación, centros de control de emergencias, instalaciones principales en sistemas de suministro de agua, sistemas de suministro de energía eléctrica y líneas de transmisión de gas, carreteras principales y ferrocarriles; - estructuras con alta ocupación, p. escuelas, salones de actos, instituciones culturales, teatros. b) Clase de consecuencia normal: - estructuras ordinarias, p. casas y apartamentos residenciales, edificios de oficinas; c) Clase de baja consecuencia: - estructuras con bajo riesgo para la vida humana y lesiones, p. cobertizos para ganado o plantas. Para SLS, donde los requisitos de diseño corresponden a la pérdida del uso normal de la estructura durante y / o después de movimientos moderados del terremoto, los γE,s deben determinarse de acuerdo con la pérdida del uso esperado y el costo y la interrupción debido a la reparación. A.1.3 Variabilidad de las acciones sísmicas e incertidumbre asociada con la idealización de las acciones y estructuras sísmicas. 28 Debido a la variabilidad de las acciones sísmicas, se deben determinar γE, u y γE, teniendo en cuenta la naturaleza estocástica de las acciones sísmicas. La variabilidad proviene de varias fuentes, p. actividad sísmica en el sitio, trayectoria de propagación de ondas sísmicas, amplificación local del movimiento de tierra por terremoto debido a suelos y respuesta estructural. Deben tenerse en cuenta las incertidumbres asociadas con la idealización de las acciones sísmicas y los modelos de cálculo de la estructura. A.2 Factor de zonificación de riesgo sísmico, kZ El factor de zonificación de riesgo sísmico, kZ, refleja el riesgo sísmico relativo de la región. Este factor se evalúa teniendo en cuenta los datos históricos de terremotos, datos de fallas activas y otros datos sismo tectónicos en y alrededor del sitio de construcción. Por lo general, en la región del mayor riesgo sísmico, el factor es la unidad y el factor disminuye de acuerdo con el riesgo sísmico de la región respectiva. Se puede utilizar un factor de zonificación mayor que la unidad cuando el riesgo sísmico de la región es extremadamente alto. Se puede proporcionar un mapa de contorno para el valor representativo de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto en lugar de especificar los factores de zonificación. El factor, kZ, generalmente se determina para una condición de sitio de roca. En aplicaciones prácticas, se puede especificar un conjunto de valores discretos basados en los mapas de riesgo sísmico disponibles. En general, estos mapas no reflejan modificaciones causadas por los efectos del perfil del suelo en un sitio específico o las influencias de fallas cercanas. Por lo tanto, para un sitio específico, kZ debe multiplicarse por un factor adicional kR, que se determina en función del perfil del suelo, el valor mapeado de kZ, la magnitud del terremoto de la fuente sísmica dominante y la distancia a las fallas activas cercanas (ver Anexo B). NOTA Desde la perspectiva de la creación de código, existe una libertad de elección con respecto a la forma en que se consideran las influencias relevantes en el efecto de acción sísmica al utilizar kZ y kR. Por ejemplo, se puede adoptar un solo factor (en lugar de dos factores kR y kZ en la formulación anterior) para representar todas las influencias relevantes. 29 A.3 Valores representativos de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto, kE,u y kE,s Los valores representativos kE, u y kE, s se describen generalmente en términos de aceleración horizontal máxima del suelo como una relación con la aceleración debida a la gravedad. Si se da la velocidad máxima del terreno u otras ordenadas espectrales, esos valores deben transformarse en la aceleración. También se puede utilizar un mapa de riesgo sísmico que expresa la aceleración horizontal esperada como una relación con la aceleración debida a la gravedad kZ kE, u o kZ kE, s de la región respectiva en lugar de dar kZ y kE, u y kE, s por separado. A.4 Información de referencia para la determinación de los factores γE,u, γE,s, kZ, kE,u, kE,s y kS Los resultados obtenidos por el análisis de riesgo sísmico se usan como información de referencia para la determinación de los factores γE,u, γE,s, kZ, kE,u y kE,s (ver A.1, A.2, A.3) también en cuanto a la determinación de los movimientos de diseño del terreno. El análisis de riesgo sísmico debe realizarse teniendo en cuenta los últimos hallazgos en sismología de la siguiente manera: - sismicidad regional (fallas activas, sismicidad difusa, etc.); - características de la ruta de propagación desde el origen hasta el sitio; - amplificación debido a la estructura profunda del subsuelo; - amplificación debido a suelos poco profundos; - incertidumbre epistémica (incertidumbre del modelo) en la sismicidad prevista y en el movimiento del suelo. NOTA Los efectos de la amplificación del movimiento del suelo debido a la estructura del subsuelo y al suelo poco profundo generalmente se consideran en el factor kR (ver Anexo B). El factor kS generalmente se describe como la relación de la aceleración máxima (generalmente en el sótano de la estructura) considerando el efecto de las condiciones del suelo con respecto a la aceleración máxima del suelo para la condición del sitio de referencia. Se puede modelar como la función de kZ kE, u o 30 kZ kE, s, así como la de la condición del suelo (por ejemplo, velocidad media de la onda de corte de 30 m). Los valores de ejemplo de kS se tabulan en la Tabla A.1, considerando las características no lineales de la amplificación del movimiento del suelo. Por lo general, se supone que kS es constante y es la unidad para las regiones de alta sismicidad. Tabla A.1 - Valores de ejemplo de kS kZ kE,u o kZ kE,s Estado del suelo <0,1 0,2 0,3 0,4 >0,5 Roca 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Suelo rígido 1,6 1,4 1,2 1,1 1,0 Suelo Suave 2,5 1,7 1,2 0,9 0,9 A.5 Ejemplos de factores de carga asociados con valores representativos Los factores de carga γE, u y γE, sy las intensidades de movimiento de tierra del terremoto kE, u y kE, s se determinan en función del período de referencia y la probabilidad de excedencia en el período de referencia. Para una probabilidad dada de excedencia en un período de referencia, un valor mayor de la intensidad del movimiento de tierra del terremoto da como resultado un valor menor del factor de carga y viceversa. γE, u y γE, s están, como ejemplos, listados en las Tablas A.2 y A.3 para una región de riesgo sísmico relativamente alto, junto con los valores representativos de la intensidad del movimiento del suelo sísmico kE, u y kE, s (ver A.3). También se muestran los períodos de retorno para los valores representativos correspondientes, donde el período de retorno se define como el intervalo de tiempo esperado entre el cual se predice que ocurran eventos mayores que una cierta magnitud. Es común seleccionar un período de retorno de aproximadamente 500 años para el ULS, aunque algunas naciones han definido intervalos más largos. En áreas donde ocurren terremotos dañinos con frecuencia, el intervalo de retorno seleccionado 31 para el SLS generalmente no es más que la vida útil de la instalación, aunque en algunas naciones, este intervalo de retorno varía con la clase de consecuencia de la instalación. SLS puede tratarse implícitamente mediante la selección apropiada de los criterios ULS. En áreas donde los terremotos dañinos son poco comunes, el SLS puede ser ignorado. También es una práctica común colocar límites de juicio sobre los valores de movimiento del suelo calculados a partir del análisis probabilístico de riesgo sísmico. En muchas naciones, estos límites comienzan a aplicarse cuando el parámetro de movimiento del suelo ULS excede una aceleración máxima del suelo de 0,4 g. Otra forma de ver es tener el mismo período de retorno con diferentes factores de carga para SLS y ULS. En la Tabla A.2 se muestra un ejemplo que usa el factor de carga unitaria para la clase normal de estructuras de consecuencia, donde kE, u o kE, s tienen en cuenta el período de retorno para el estado límite correspondiente. En la Tabla A.3, se usa un valor representativo común kE y γE, u o γE, s tiene en cuenta el nivel de consecuencia para el estado límite correspondiente. En la Tabla A.2, el período de retorno de 500 años se utiliza para el estado límite final. Un período de retorno más largo (por ejemplo, 2 500 años) puede ser apropiado para el período de retorno en lugar de 500 años, si el movimiento de tierra para el estado límite final se considera como un movimiento de tierra colapsado. Al adoptar un período de retorno más largo para el diseño, es más probable que los eventos de terremotos raros causados por fallas activas se incluyan en el modelado de demanda sísmica, especialmente en regiones de sismicidad baja o media. El período de retorno apropiado se evalúa en función del examen del margen de seguridad de las estructuras diseñadas convencionalmente. Tabla A.2 - Ejemplo 1 para factores de carga γE,u y γE,s y valores representativos kE,u y kE,s (donde kE,u ≠ kE,s, para suelos normales en áreas sísmicas altas) 32 Estado Clase de Factores de carga límite consecuencia γE,u o γE,s a) Alto Último Utilidad b) Normal 1,0 0,4 a 0,8 a) Alto 1,5 a 3,0 c) Bajo Periodo de retorno kE,s para kE, u o kE, s 1,0 0,4 500 años 1,0 0,08 20 años 1,5 a 2,0 c) Bajo b) Normal kE,u o kZ 1,0 0,4 a 0,8 Tabla A.3 - Ejemplo 2 para factores de carga γE, u y γE, sy valor representativo k (para suelos normales en áreas sísmicas altas) Estado Clase de Factores de carga límite consecuencia γE,u o γE,s d) Alto Último Utilidad e) Normal Periodo de retorno = kE,s para kE 0,2 1000 años 2,0 0,8 a 1,6 d) Alto 0,6 a 1,2 f) Bajo kE = kE,u 3,0 a 4,0 f) Bajo e) Normal kZ 0,4 0,16 a 0,32 33 1,0 Anexo B (informativo) Espectro de respuesta de diseño normalizado El espectro de respuesta de diseño normalizado puede interpretarse como un espectro de respuesta de aceleración normalizado por la aceleración máxima en tierra para fines de diseño. Puede tener la forma de Fórmulas (B.1) a (B.4): 𝑇 𝑘𝑅 = 1 + (𝑘𝑅0 − 1) 𝑇 para 0 ≤ T < Ta (B.1) 𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0 para Ta ≤ T < Tv (B.2) para Tv ≤ T < Td (B.3) para Td ≤ T (B.4) 𝑎 𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0 𝑘𝑅 = 𝑘𝑅0 𝑇𝑣 𝑇 𝑇𝑣 𝑇𝑑 𝑇2 Dónde 𝑘𝑅 es la ordenada del espectro de respuesta de aceleración normalizada por el valor representativo de la aceleración del movimiento de tierra del terremoto; 𝑘𝑅0 es la relación entre la respuesta de aceleración máxima en un rango de período corto y el valor representativo de la aceleración del movimiento de tierra del terremoto; T es el período natural fundamental de la estructura; Ta, Tv y Td son los períodos de esquina del espectro, como se ilustra en la Figura B.1. Las cantidades de kR0, Ta, Tv y Td dependen del perfil del suelo, las características no lineales del suelo, la magnitud del terremoto de la fuente del terremoto dominante y la distancia a las fallas activas cercanas, así como las características de la estructura, p. La amortiguación de la estructura. Para una estructura con una relación de amortiguamiento de 0,05 que descansa sobre el suelo de calidad promedio, kR0 puede tomarse como 2 a 3. 34 Llave Espectro de respuesta de aceleración kR normalizado por la aceleración máxima del terreno para fines de diseño Relación kR0 de la respuesta de aceleración máxima a la aceleración máxima del terreno T período natural fundamental de la estructura Ta, Tv, Td períodos de esquina del espectro kR de estructuras de corto plazo para diseño límite inferior de kR para diseño en períodos largos Figura B.1 - Espectro de respuesta de diseño normalizado La fórmula (B.2) muestra que kR es constante para Ta ≤ T <Tv (rango constante de aceleración). Para un movimiento sinusoidal, la amplitud de la velocidad se calcula como la amplitud de la aceleración dividida por la frecuencia circular 𝜔 = 2𝜋 𝑇 . Entonces, la fórmula (B.3) implica que la amplitud de la velocidad es constante para Tv ≤ T <Td (rango constante de velocidad). Del mismo modo, la fórmula (B.4) implica que la amplitud de desplazamiento es constante para Td ≤ T (rango constante de 35 desplazamiento). Por lo tanto, Ta, Tv y Td están estrechamente relacionados con la respuesta de aceleración, velocidad y desplazamiento, respectivamente. Ta puede tomarse como 1 5 𝑎 1 2 de Tv y Tv para movimientos horizontales puede tomarse de la siguiente manera: - 0,3 sa 0,5 s para suelos rígidos y duros; - 0,5 sa 0,8 s para condiciones intermedias del suelo; - 0,8 sa 1,2 s para suelos sueltos y blandos. Al considerar el efecto del perfil del suelo, se debe considerar la estructura profunda del subsuelo alrededor del sitio, así como la estructura superficial del suelo en el sitio. La figura B.1 indica que kR es la unidad en T = 0 y aumenta linealmente a kR0 en T = Ta. Sin embargo, se recomienda usar kR = kR0 para 0 <T ≤ Ta, como la línea de puntos horizontal de la Figura B.1, debido a las siguientes razones: - incertidumbre de las características del movimiento del suelo en este rango; - baja sensibilidad de acelerómetros de movimiento fuerte en este rango, y por lo tanto una posibilidad de un valor de kR más alto que el aparente; - posibilidad de una estimación no conservativa del factor de diseño estructural kD para estructuras de período corto. Para determinar las fuerzas sísmicas en períodos más largos, se recomienda que se considere un límite inferior como lo indica la línea discontinua horizontal en la Figura B.1. El valor de este nivel puede tomarse como 1/3 a 1/5 de kR0. Durante largos períodos, el desplazamiento de respuesta se convierte en una función del desplazamiento máximo de los movimientos de tierra del terremoto. Existe incertidumbre sobre el desplazamiento del suelo cerca de fallas en terremotos de gran magnitud, por lo tanto, la extrapolación de datos de terremotos más pequeños debe hacerse con cuidado. 36 El período natural fundamental T de la estructura puede calcularse a partir de fórmulas empíricas calibradas, de la aproximación de Rayleigh o de una formulación de valor propio. Para la estimación de T, debe tenerse en cuenta la reducción de la rigidez de los elementos de hormigón debido al agrietamiento. Anexo C (informativo) Parámetros de distribución de fuerza sísmica para análisis estático equivalente Las características generales de los parámetros de distribución de fuerza sísmica por encima de la base para el análisis estático equivalente son las siguientes. a) Para estructuras extremadamente rígidas, por ejemplo, con un período inferior a 0,05 s, partes enteras desde la parte superior a la base se mueven junto con el movimiento del suelo. Entonces, la distribución de las fuerzas sísmicas es uniforme y las cizallas sísmicas aumentan linealmente desde la parte superior a la base. Esto se denomina distribución uniforme de las fuerzas sísmicas (véanse las líneas continuas de la figura C.1). En la Figura C.1, el peso normalizado αi [ver Fórmula (C.5)] se usa como ordenada, en lugar de altura. b) Para edificios de poca altura, la distribución de las fuerzas sísmicas se vuelve similar al triángulo invertido. Entonces se supone que la distribución de las cizallas sísmicas es una parábola cuyo vértice se ubica en la base. Esto se llama la distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas (ver las líneas discontinuas de la Figura C.1). c) Para edificios de gran altura, las fuerzas sísmicas en la parte superior se hacen más grandes debido a un efecto de modo más alto. Si se supone que la estructura es un cuerpo elástico de tipo cizalla uniforme fijado en la base y que se somete a excitación de ruido blanco, la distribución de las cizallas sísmicas se convierte en una parábola cuyo vértice se ubica en la parte superior (vea las líneas punteadas de la Figura C.1 ) Esto puede llamarse la distribución para la estructura de tipo de corte sometida a la excitación del 37 ruido blanco o simplemente "distribución √𝛼 ", porque la distribución de corte es proporcional a √𝛼𝑖 . Llave 𝛼𝑖 peso normalizado 𝑘𝑓,𝑖 factor de distribución de fuerza sísmica kV, i factor de distribución de corte sísmico Vi / V1 Cizalla sísmica normalizada ν = 0 en la Fórmula (C.1), o k1 = 0, k2 = 0 en la Fórmula (C.4) ν = 1 en la fórmula (C.1), o k1 = 1, k2 = 0 en la fórmula (C.4) k1 = 0, k2 = 1 en la fórmula (C.4) ν = 2 en la fórmula (C.1) Figura C.1 - Parámetros de distribución de fuerza sísmica Teniendo en cuenta las características mencionadas anteriormente de los parámetros de distribución de fuerza sísmica, el factor de distribución de fuerza sísmica, kF, i, puede determinarse por 𝐹𝐺,𝑖 ℎ𝑖𝑣 𝑘𝐹,𝑖 = ∑𝑛 𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗 (C.1) ℎ𝑗𝑣 dónde FG, i es la carga de gravedad de la estructura en el nivel i, que incluye la variable probable impuesta carga (0,2 a 0,3 de la carga total impuesta); 38 hi es la altura sobre la base hasta el i-ésimo nivel; n es el número de niveles por encima de la base. El exponente v puede tomarse de la siguiente manera (donde T es el período fundamental de la estructura): - ν = 0 a 1 para edificios de poca altura (edificios de hasta cinco pisos), o estructuras para las cuales T ≤ 0,5 s; - ν = 1 a 2 para edificios de media altura, o estructuras para las cuales 0,5 s <T ≤ 1,5 s; - ν = 2 para edificios de gran altura (más de 50 mo más de quince pisos), o estructuras para las cuales T> 1,5 s. Las distribuciones de los parámetros de fuerza sísmica dados por la Fórmula (C.1) se muestran en la Figura C.1 como líneas continuas para ν = 0, como líneas discontinuas para ν = 1 y como líneas punteadas para ν = 2. La fórmula (C.1) no proporciona una distribución adecuada para edificios de gran altura, incluso si ν = 2 (ver líneas discontinuas en la Figura C.1). Entonces el factor de distribución de fuerza sísmica, kF, i, para edificios de gran altura puede determinarse por 𝑘𝐹,𝑛 = 𝜌 (C.2) 𝐹𝐺,𝑖 ℎ𝑖 𝑘𝐹,𝑖 = (1 − 𝜌) ∑𝑛 𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗 (C.3) ℎ𝑗 donde ρ es el factor para dar una fuerza concentrada en la parte superior; aproximadamente ρ = 0,1. Dado que las Fórmulas (C.2) y (C.3) no siempre dan una distribución apropiada y una fuerza concentrada en la parte superior no es práctica para edificios con retrocesos, es preferible usar otros tipos de distribución que puedan derivarse de la siguiente manera. Tres de los cuatro tipos de cizallamiento sísmico normalizado a la derecha de la Figura C.1 se denotan como "a", "b" y "c" que corresponden a los elementos anteriores a), b) y c), respectivamente. La cizalla sísmica normalizada Vi / V1 (cizalla sísmica del i-ésimo nivel dividido por la cizalla base) se da de la siguiente manera: 39 a) Para la distribución uniforme de las fuerzas sísmicas (ver la línea continua "a" de la Figura C.1), Vi / V1 = 𝛼𝑖 b) Para la distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas (ver la línea discontinua "b" de la Figura C.1), Vi / V1 = 1 - (1 - αi) 2 = 2𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2 c) Para la distribución √𝛼𝑖 (ver la línea de puntos "c" de la Figura C.1), Vi / V1 = √𝛼𝑖 La diferencia d1 entre “b” y “a” viene dada por d1 = 𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2 , y la diferencia d2 entre “c” y “a” es d2 = √𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 . Por lo tanto, ajustando los factores k1 y k2, varios tipos de la distribución de corte normalizada se pueden expresar de la siguiente manera: Vi / V1 = 𝛼𝑖 + k1d1 + k2d2 = 𝛼i + k1 (𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 2 ) + k2 (√𝛼𝑖 - 𝛼𝑖 .) Al dividir la fórmula anterior por αi se obtiene el factor de distribución de cizallamiento sísmico kV,i, que es el factor de cizallamiento sísmico del i-ésimo nivel normalizado por el factor de cizallamiento base, de la siguiente manera. 𝑘𝑣,𝑖 = 1 + 𝑘1 (1 −∝𝑖 ) + 𝑘2 ( 1 √ ∝𝑖 − 1) (C.4) donde k1 y k2 son factores de 0 a 1 y están determinados principalmente por la altura o el período natural fundamental de la estructura, y αi es el peso normalizado dado por ∑𝑛 𝑗=𝑖 𝐹𝐺,𝑗 ∝𝑖 = ∑𝑛 (C.5) 𝑗=1 𝐹𝐺,𝑗 El peso normalizado ∝𝑖 se usa en lugar de la altura hi por encima de la base, porque el peso normalizado es más conveniente y racional para expresar distribuciones de parámetros de fuerza sísmica. Debido al uso de αi, se pueden comparar varios tipos de parámetros de fuerza sísmica como en la Figura C.1. En el caso de una estructura con distribución de masa uniforme, el peso normalizado αi puede aproximarse por la altura hi utilizando la Fórmula (C.6): 40 𝛼𝑖 ≈ ℎ𝑛 − ℎ𝑖−1 ℎ𝑛 Las distribuciones de los parámetros de fuerza sísmica dados por la Fórmula (C.4) se muestran como líneas continuas en la Figura C.1 para k1 = 0 y k2 = 0 (distribución uniforme de las fuerzas sísmicas), como líneas discontinuas en la Figura C.1 para k1 = 1 y k2 = 0 (distribución triangular invertida de las fuerzas sísmicas), y como líneas punteadas en la Figura C.1 para k1 = 0 y k2 = 1 (distribución α). Por lo tanto, los factores k1 y k2 pueden tomarse de la siguiente manera: - k1 ≈ 1 y k2 ≈ 0 para edificios de baja altura o estructuras para las que T ≤ 0,5 s; - k1 ≈ 0,5 y k2 ≈ 0,5 para edificios de media altura, o estructuras para las cuales 0,5 s <T ≤ 1,5 s; - k1 ≈ 0 y k2 ≈ 1 para edificios de gran altura o estructuras para las cuales T> 1,5 s. Por cierto, sustituyendo k1 = k2 = 2T / (1 + 3T), la Fórmula (C.4) se convierte como se muestra en la Fórmula (C.7): 𝐾𝑣, 𝑖 = 1 + ( 1 √𝛼𝑖 2𝑇 − 𝛼𝑖 ) 1+3𝑇 (C.7) Esto se denota como Ai en el código sísmico japonés que se ha utilizado desde 1981. Cuando se evalúan las acciones sísmicas para las partes de la estructura que se proyectan desde el techo, la fórmula (C.4) puede calcular el factor de cizallamiento sísmico asumiendo k1 ≈ 0 y k2 ≈ 1, y sustituyendo el peso normalizado de la parte. Dado que la deformación causada por los movimientos de tierra del terremoto se concentra en el nivel que tiene menos rigidez, kF, i o kV, j debe ajustarse para tener en cuenta dicho comportamiento. 41 Anexo D (informativo) Factor de diseño estructural para análisis lineal El factor de diseño estructural kD se utiliza para reducir las fuerzas sísmicas calculadas para modelos elásticos lineales de base fija (análisis de espectro de respuesta estática y modal equivalente) para tener en cuenta los efectos beneficiosos del comportamiento inelástico anticipado y la interacción de la estructura de la base, considerando las características de la fuerza restauradora de la estructura. ductilidad, amortiguación y sobrecarga. El factor se puede dividir en dos factores: a saber, kDμ y kDs y se expresa como el producto de ellos como se indica en la Fórmula (D.1): 𝑘𝐷 = 𝑘𝐷𝜇 𝑘𝐷𝑠 (D.1) dónde kDμ está relacionado con la ductilidad, la interacción de la estructura de la base, las características de la fuerza de restauración, incluida la amortiguación, y la cantidad de daño considerado aceptable en el estado límite final; kDs está relacionado con el exceso de fuerza. El factor también se puede expresar como se indica en la Fórmula (D.2): 𝑘𝐷 = 𝑘𝐷𝜇 𝑘𝐷𝑠 = 1 1 = 𝑅 𝑅𝜇 𝑅𝑠 donde Rμ y Rs son la inversa de kDμ y kDs, respectivamente. Estudios recientes indican que kDμ depende del período natural de vibración de la estructura, con la posible reducción de la resistencia requerida que permanece mínima para las estructuras que tienen períodos naturales fundamentales más cortos. kDs es una función de la diferencia entre la resistencia real y la resistencia de diseño calculada y varía según las características inherentes del sistema estructural, los aspectos únicos del diseño de una estructura y el método de cálculo de resistencia. La cuantificación de estos factores es un tema de debate, y se ha 42 adoptado un término genérico kD en la mayoría de los códigos. El factor de diseño estructural kD con kDμ puede ser, por ejemplo, según los valores de la Tabla D.1. Tabla D.1 - Ejemplo de factor de diseño estructural kD y kDμ Sistema estructural con kDμ kD Excelente ductilidad 1/5 a 1/3 1/12 a 1/6 Ductilidad media 1/3 a 1/2 1/6 a 1/3 Mala ductilidad 1/2 a 1 1/3 a 1 La diferencia entre kDμ y kD es causada principalmente por el exceso de fuerza. La calibración de los valores de esta tabla muestra que kDs es de 1 a 2. kD será mayor donde el estado límite apunta a un daño limitado en lugar de un colapso cercano. Estos rangos de kD están bajo investigación continua (al igual que los valores de kDμ y kDs) y pueden tomar otros valores en algunas circunstancias. La ductilidad se define como la capacidad de deformarse más allá del límite elástico bajo cargas cíclicas sin una reducción seria de la resistencia. El factor de ductilidad (generalmente denotado por μ) se define como la deformación total dividida por la deformación límite elástica. Para alcanzar los niveles de ductilidad kDμ establecidos en la Tabla D.1, la configuración de la estructura y todos los detalles utilizados son importantes. El factor de ductilidad elegido debe ser coherente con el rendimiento inelástico esperado de los materiales reales, detalles y configuración del sistema estructural. Los niveles de deformación del material inelástico implicados por el factor de ductilidad elegido y la configuración estructural deben poder alcanzarse de manera confiable en el ULS. Se pueden prescribir requisitos de detalle adecuados en el estándar de diseño de materiales que se usa junto con este documento. 43 Los sistemas estructurales dados a continuación con diferentes ductilidades son solo ejemplos típicos. Cabe señalar que el detalle de los miembros y las juntas para obtener la ductilidad adecuada es importante en la evaluación del factor de diseño estructural. Por lo tanto, la estructura en una categoría podría clasificarse en otra categoría dependiendo del detalle de los elementos estructurales (tantos miembros como juntas). a) Un sistema estructural con excelente ductilidad es un sistema estructural donde la resistencia lateral es proporcionada por marcos de acero o concreto reforzado que resisten el momento con detalles de conexión adecuados y detalles de elementos estructurales para asegurar una respuesta no lineal confiable. b) Un sistema estructural con ductilidad media es un sistema estructural donde la resistencia lateral es proporcionada por marcos reforzados con acero o paredes de corte de hormigón armado. c) Un sistema estructural con ductilidad pobre es un sistema estructural donde la resistencia lateral es proporcionada por paredes de corte de mampostería no reforzadas o parcialmente reforzadas. El término kD se ve afectado significativamente por el tipo de mecanismo de falla. Los valores mostrados anteriormente se adoptan con la suposición de que la estructura formaría el mecanismo de falla considerado en el diseño, y cuando la estructura falla en un mecanismo diferente, se requeriría una mayor ductilidad de alguna parte de la estructura. Se debe tener cuidado para garantizar que se produzca el mecanismo de falla asignado en el diseño. Los resultados de los análisis dinámicos no lineales de estructuras sometidas a fuertes movimientos de terremoto indican que kDμ (o 1 / Rμ) es proporcional a 1 / μ para estructuras de períodos más largos y 1 / 2μ - 1 para estructuras de períodos cortos, donde μ es el factor de ductilidad. Por lo tanto, el desplazamiento lateral máximo Δmax esperado en ULS puede estimarse mediante fórmulas simples de la siguiente manera (ver Figura D.1): 44 ∆𝑚𝑎𝑥 = ∆𝐷 = 𝑘 1 1 𝐷𝜇 ∆𝑚𝑎𝑥 = ∆𝐸 = 2 (𝑘 ∆𝑦 = 𝑅𝜇 ∆𝑦 1 𝐷𝜇 (D.3) 1 2 + 1) ∆𝑦 = 2 (𝑅𝜇 2 + 1)∆𝑦 (D.4) donde Δy es el desplazamiento lateral calculado por análisis lineal para las fuerzas sísmicas laterales de diseño o fuerzas de corte definidas en la Fórmula (1) o (2) en el texto principal. Generalmente, la Fórmula (D.3) es aplicable a estructuras con un período natural más largo (regla de constante de desplazamiento) y la Fórmula (D.4) es a estructuras con un período natural más corto (regla de constante de energía). La ductilidad acumulada (o la disipación de energía equivalente) exigida a la estructura también es un factor que no debe pasarse por alto en el diseño ULS, porque la estructura tiende a perder su resistencia bajo cargas cíclicas (dicho comportamiento se denomina daño acumulativo). Se ha llevado a cabo mucha investigación para cuantificar la demanda de ductilidad acumulada, y los procedimientos de diseño para permitir esta demanda podrían proporcionarse en el futuro. 45 Llave VN Cizalla normalizada kD factor de diseño estructural Factor de diseño estructural kDμ relacionado con la ductilidad Δ desplazamiento lateral Desplazamiento lateral Δy calculado por análisis lineal para el corte lateral de diseño ΔD desplazamiento máximo por regla de desplazamiento constante ΔE desplazamiento máximo por regla de energía constante Cizalla real y curva de desplazamiento × colapso de la estructura Figura D.1 - Relación entre la cizalladura lateral y el desplazamiento para un sistema elasto plástico idealizado Anexo E (Informativo) Combinación de componentes de acción sísmica E.1 Combinación de componentes horizontales. Entre los tres componentes del movimiento del suelo, la combinación de los dos componentes horizontales está muy extendida influye en las acciones sísmicas totales en la estructura, por ejemplo: a) momento torsional de la estructura con dos dimensiones indirectas excéntricas; b) fuerzas axiales de las esquinas de las columnas. A menos que se apliquen pautas ortogonales de movimiento del suelo de forma inmune en respuesta a la historia histórica, la combinación de los dos componentes horizontales de las acciones sísmicas debería considerarse. Cuando las dos componentes horizontales de la acción sísmica se designan como Ex y Ey de 46 acuerdo con la ortogonal, ejes x-y, las direcciones de las cuales se deduce el diseño de las estructuras, a veces el SRSS (raíz cuadrada de suma de cuadrados) se aplica para obtener en la acción total de sismología, E. El método, sin embargo, a menudo subestima la respuesta máxima. Para evitar este problema, se recomienda utilizar la combinación cuadrática: 𝐸 = √(𝐸𝑥2 + 2𝜀𝐸𝑥 𝐸𝑦 + 𝐸𝑦2 ) (E-1) Si el factor ε puede ser de −1 a 1 (ε = 0 significa el método SRSS), ε puede tomarse como 0 a 0, 3. La aproximación de primer orden de Formula (E .1) conduce a la formación de fórmulas, que pueden utilizarse en lugar de: 𝐸 = 𝐸𝑥 +𝜆𝐸𝑦 𝐸 = 𝜆𝐸𝑥 +𝐸𝑦 (E-2) El valor de λ puede tomarse como 0, 3 a 0, 5. Las relaciones E / Ex en términos de Ey/Ex por Formula (E .1) y (E .2) se muestran en la Figura E .1 Figura E .1 - Relaciones entre E / Ex en términos de Ey / Ex según las fórmulas (E .1) y (E .2) 47 E.2 Componentes Verticales El componente vertical, Ez, puede evaluarse utilizando Formula (E.3): 𝐸𝑧 = 𝑘𝐸,𝑣 𝑘𝑅,𝑧 𝐹𝐺,𝑒 (E-3) Donde: KE,V es la aceleración vertical del pico del suelo expresada por la relación a la aceleración de la gravedad, que se puede tomar como 1/2 a 2/3 de la aceleración horizontal máxima del terreno. Sin embargo, se recomienda tomar 1, 0 de la aceleración horizontal máxima del suelo en caso de que el movimiento sea causado por fallas cerca del sitio; kR,z es la amplificación de respuesta, que puede tomarse como 2, 5; FG,e es la carga de gravedad efectiva. La componente vertical, si se combina con componentes horizontales, puede ser modificado por el factor, λ, lo que se puede considerar como 0, 2 a 0, 4. Se recomienda evaluar la componente vertical, empleando un análisis dinámico más preciso en casos en los que los efectos del componente vertical son críticos Tales casos incluyen, pero no están limitados a: a) elementos horizontales estructurales con tramos claros muy largos y elementos largos de palanca; b) construcciones con altas fuerzas; c) columnas de hormigón y cizalladuras sometidas a altas fuerzas de cizalladura, especialmente en la construcción de interfaces; d) aisladores de sistemas sísmicos de aislamiento sísmico. 48 Anexo F (Informativo) Momentos torsionales El momento torsional del nivel i de la estructura, Mi, que generalmente se calcula en cada dirección de los ejes x e y ortogonales de la estructura como se ilustra esquemáticamente en la Figura F.1, puede determinarse por 𝑀𝑖 = 𝑉𝑖 𝑒𝑖 F.1 Donde Vi es la fuerza de corte sísmica del nivel i: 𝑉1 = ∑𝑛𝑗=1 𝐹𝑗 F.2 Dónde: -Fj es la fuerza sísmica del nivel j; -n es el número de niveles por encima de la base -ei = es uno de los dos valores siguientes, el que sea el más favorable para los elementos estructurales considerados - La excentricidad entre los centros de masa y rigidez, multiplicada por un factor de aumento dinámico que representa el acoplamiento de las vibraciones transversales y torsionales, más la excentricidad incidental del nivel i; - La excentricidad entre los centros de masa y rigidez, menos la excentricidad incidental 49 1 muro de corte 2 columnas G centro de masa R centro de rigidez ex, ey excentricidad Figura F.1 - Centro de masa G, centro de rigidez R y excentricidad ex, ey Para análisis estáticos equivalentes, la torsión requerirá amplificación para tener en cuenta los efectos de respuesta dinámica. El factor de aumento dinámico se especificará en el código nacional u otros documentos del país. Por ejemplo, este valor puede tomarse como 1 a 2. La excentricidad incidencial que cubre la inexactitud de la excentricidad estimada a medida que avanzamos en la rotación se supone que los componentes del movimiento del terreno no son inferiores a 0,05 de las dimensiones de la estructura perpendicular a la dirección de las fuerzas aplicadas. La fuerza y la ductilidad de los elementos de seguridad debe estar bien organizados teniendo en cuenta las teorías de momento que da efectos adicionales de acción sísmica a los elementos de seguridad. Anexo G (Informativo) Relación de amortiguación La amortiguación en la estructura es una clase clasificada como sigue: - amortiguación interna de los elementos de estructura (tanto miembros como miembros); - Su amortiguación teórica derivada de sus teres se basa en las relaciones de deformación de la fuerza de restauración; - amortiguamiento debido a elementos no estructurados; - amortiguación debido a la disipación de energía en el suelo derivada de la vibración de la superestructura 50 En general, estos tipos de amortiguamiento, a excepción del tratamiento histérico están representados por amortiguación viscosa en análisis dinámico. La amortiguación histérica puede ser tomada en cuenta como parte de la amortiguación viscosa en modelos lineales equivalentes; de lo contrario, debe incorporarse en los histéresis -basado en la restauración de las relaciones de fuerza-deformación. La última opción conduce a resultados más refinados en respuesta análisis de historia, pero implica más esfuerzo de cálculo. La magnitud de la fuerza sísmica de diseño se ve muy afectada por el valor de la relación de amortiguación y desafortunadamente, hay muchas incógnitas en la naturaleza de la amortiguación, lo que resulta en una gran incertidumbre sobre la relación de amortiguamiento. En principio, los valores de amortiguación deben evaluarse en función de las pruebas de vibración, las pruebas de la mesa de agitación y observaciones de terremotos de estructuras reales o modelos de estructuras a gran escala. El rango de las deformaciones en los miembros en experimentos se recomienda cerca de las deformaciones esperadas mediante cálculos. Si estos datos no están disponibles, se pueden utilizar los resultados de estructuras similares en condiciones similares. Este método de evaluación de la amortiguación es apropiado para evaluar directamente la amortiguación total de estructuras En el caso de evaluar la amortiguación total sumando los valores de amortiguación derivados de experimentos de partes de las estructuras, se requieren exámenes cuidadosos. Los valores recomendados de amortiguación pueden enumerarse en algunos códigos o regulaciones similares. En tales casos, el principio mencionado debe tenerse en cuenta. Estructuras que tienen pocas fuentes de disipación de energía por fricción, como estructuras de acero soldadas desnudas, puede requerir valores de amortiguación más bajos, donde aquellos con más fuentes de fricción, como edificios con revestimiento de madera, por ejemplo; puede aumentar la amortiguación. Cabe señalar que la relación de amortiguamiento es afectada por la configuración de la estructura, así como el tipo de construcción. 51 El valor de la fracción de amortiguamiento crítico (relación de amortiguamiento) se adopta muy a menudo entre 0,01 y 0,10, dependiendo del material, tipo de estructura, sus conexiones y la magnitud relativa de las deformaciones producidas. El valor conduce a aumentar a medida que aumenta la frecuencia, pero con grandes fluctuaciones. A menudo se emplea una relación de amortiguamiento de 0,01 en el diseño del viento, y se determina un valor similar al evaluar pisos y puentes peatonales sujetos al paso de personas. [+] Al evaluar las acciones sísmicas, donde se considera una mayor cantidad de deformación, un valor más alto de relación de amortiguamiento puede ser empleado. Para fines de diseño, la relación de amortiguamiento para el modo fundamental de las estructuras regulares de acero, hormigón o mampostería están en el rango de 0,02 a 0,05 dependiendo sobre el tipo de construcción y la intensidad del movimiento del suelo considerado que implica la tensión nivel sufrido por la estructura. En el modelado de las estructuras, una de las matrices de amortiguamiento clásicas es el amortiguamiento de Rayleigh, para el cual la matriz de amortiguación [C] se proporciona como se muestra en la Fórmula (G.1): 𝐶 =∝0 [𝑀] +∝1 [𝐾] dónde [M] es la matriz de masa; [K] es la matriz de rigidez; αo, α1 son los coeficientes que se determinarán dependiendo de las relaciones de amortiguamiento de dos diferentes modos. La matriz de amortiguación anterior puede no proporcionar relaciones de amortiguación apropiadas para modos distintos de los dos modos considerados para determinar los coeficientes αo, α1. En tales casos, otras matrices de amortiguación en que relaciones de amortiguamiento modal se pueden especificar o se pueden aplicar múltiples modos. 52 Se describe la disipación de energía debido al comportamiento inelástico de la estructura y el factor de diseño estructural junto con algunos parámetros en el Anexo D. Espectro de respuesta de diseño normalizado en suelo clasificado las condiciones se mencionan en detalle, y el principio del método del espectro de capacidad también se demuestra en Anexo I. Algunas partes de ellos están estrechamente relacionadas con la amortiguación de la estructura o la relación de amortiguación en ambas anexidades. Si es necesario, es preferible referir las porciones relacionadas. Los efectos de la amortiguación viscosa en la respuesta general se vuelven menos significativos con el aumento de la histéresis de amortiguación. Hay varias fórmulas para obtener alguna reducción o incremento del pico de aceleración para relación de amortiguamiento diferente de 0,05, entonces la ordenada k Ro puede multiplicarse, por ejemplo, por: Donde ζ es la relación de amortiguamiento de la estructura en sistemas lineales. Se recomienda no reducir kζ menos de 0,55. Aunque la mayoría de los códigos sísmicos utilizan una relación de amortiguamiento constante de 0,05, varía según el material estructural, sistema de construcción y comportamiento durante los terremotos, algunos ejemplos de la relación de amortiguamiento para SLS es la siguiente. Hormigón armado 0,04 Albañilería reforzada 0,04 Hormigón pretensado 0,03 Acero soldado o atornillado (precargado) 0,03 Acero atornillado (no precargado) 0,05 53 Para ULS, dado que el comportamiento inelástico de las estructuras es significativo y la amortiguación histérica se convierte en más grande, esos efectos podrían incluirse en la Fórmula (G.2) o Fórmula (G.3), o deberían considerarse, elegir el valor apropiado de kD (ver Anexo D). En caso de que el comportamiento ineficaz de las estructuras no sea muy importante, la relación de amortiguación puede ser la siguiente: Hormigón armado 0,07 Albañilería reforzada 0,07 Hormigón pretensado 0,05 Acero soldado o atornillado (precargado) 0,04 Acero atornillado (no precargado) 0,07 Anexo H (Informativo) Análisis Dinámico H.1 Modelo de estructura para análisis dinámico. Los modelos de estructura para el análisis dinámico deben incluir representación espacial de la masa, así como las características dinámicas de todos los elementos destinados a participar en la resistencia de las fuerzas del terremoto. En general, grados suficientes de libertad para capturar características de respuesta significativas en tres se deben incluir las dimensiones. Los modelos planos solo pueden permitirse cuando la respuesta torsional puede ser demostrado ser insignificante. Además, si la rigidez horizontal de un piso puede ser adecuada representado por una serie de resortes traslacionales y rotacionales, masa unidimensional agrupada y los modelos de resorte pueden ser útiles para una evaluación simple pero práctica de la acción sísmica. Deben utilizarse métodos numéricos avanzados que puedan ocuparse de la mecánica del continuo. necesario para considerar el detalle del comportamiento 54 material de la estructura y el efecto del comportamiento del suelo, etc. Estos métodos también son útiles para considerar la variación espacial y el efecto de propagación del movimiento del suelo. Los modelos pueden fijarse en la base [ver figura 11,1 a)] o representar el cumplimiento de suelos con resortes traslacionales y / o rotacionales apropiados como se ilustra en la Figura b). Más los modelos detallados de interacción suelo-cimiento-estructura ilustrados en la Figura 11,1 c) a menudo se usan cuando el movimiento sísmico se define en la roca madre. a) Modelo fijo b) Modelo de balanceo oscilante c) Modelo de interacción de la estructura con pilas Llave 1 Nivel del suelo 2 Primavera de balanceo 3 Resorte oscilante 4 Pilas 5 Cimientos / sótano 6 Fuerzas causadas por el suelo 7 Lecho de roca 8 Aceleración del movimiento del suelo Figura H.1 - Ejemplos de modelos de interacción suelo-estructura 55 H.2 Análisis del espectro de respuesta H.2.1 Método de análisis El análisis del espectro de respuesta se realiza para el espectro de respuesta específico del sitio establecido para propósito del análisis. En ausencia de tal espectro, el espectro de respuesta de diseño normalizado indicado en el Anexo B multiplicado por la aceleración máxima del terreno para el terremoto Se puede emplear la intensidad del movimiento. Modelos elásticos de estructuras con los mismos supuestos de rigidez para el análisis del historial de respuesta lineal indicado en H.3.2.1 debe emplearse en el análisis del espectro de respuesta. Las acciones sísmicas y / o los efectos de la acción deben evaluarse combinando la respuesta modal elástica. Cuando las frecuencias naturales de diferentes modos no están muy próximas entre sí, la combinación para estimar la cantidad máxima de respuesta generalmente se puede realizar utilizando la siguiente fórmula (Método SRSS): Dónde S es la cantidad máxima de respuesta bajo consideración; Sí es la cantidad máxima de respuesta en el enésimo modo de vibración. Independientemente de si las frecuencias naturales de los diferentes modos están estrechamente espaciadas o no, la combinación puede realizarse usando las Fórmulas (H.2) y (H.3) (método CQC) que se deriva de la teoría aleatoria de vibración: 56 dónde ζi ζk son las relaciones de amortiguamiento para el modo i y k, respectivamente; χ es la relación entre la frecuencia natural del modo i enésimo y la frecuencia natural del modo k Todos los modos con una contribución significativa a la respuesta estructural total deben considerarse para fórmulas (H, 1) y (H.2). H.2.2 Acción sísmica y efecto de acción La respuesta de la combinación de modos debe multiplicarse por un factor de escala apropiado y relacionar la cizalladura base de análisis dinámico con la cizalladura base estática equivalente (descrita en 8.1). Comprobando por ULS, la respuesta debe multiplicarse adicionalmente por el diseño estructural apropiado descrito en el anexo D. H.3 Análisis del historial de respuestas H.3.1 Método de análisis El análisis del historial de respuestas se puede clasificar en análisis lineal y análisis no lineal. El método apropiado debe elegirse en función del propósito del análisis. H.3.1.1 Análisis de historial de respuesta lineal El propósito del análisis del historial de respuesta lineal es predecir los valores de la fuerza del elemento y valores globales de respuesta de deformación estructural asumiendo una respuesta lineal. El análisis del historial de respuesta lineal a menudo se emplea para evaluar los efectos de acción sísmica para SLS donde se supone el comportamiento de los 57 elementos estructurales dentro del límite elástico. Para ULS, sin embargo, el comportamiento no lineal de los elementos estructurales es básicamente importante y la fuerza del elemento obtenida por el análisis debe multiplicarse por el factor de diseño estructural apropiado descrito en el Anexo D como en el análisis de espectro de respuesta prescrito. La deformación estructural global también debe multiplicarse por el factor de diseño estructural y, además, se multiplicará por el factor de la amplificación de deflexión apropiada, que debe establecerse para varios tipos de sistemas estructurales. H.3.1.2 Análisis de historial de respuesta no lineal: El propósito del análisis del historial de respuesta no lineal es predecir los valores globales de la deformación de la estructura, resistencia individual del elemento y demandas de deformación directamente a niveles de respuesta más allá del límite elástico y para demostrar implícita o explícitamente que la estructura tiene suficiente resistencia, rigidez, amortiguación y capacidad de deformación para cumplir con los objetivos de rendimiento. El análisis del historial de respuesta no lineal se emplea normalmente para evaluar los efectos de acción sísmica para ULS. Como la deformación estructural global no lineal se puede obtener sin depender de parámetros prescriptivos tales como factores de diseño estructural y factores de amplificación de deflexión. Además, plástico cíclico la deformación en cada elemento se puede evaluar directamente. Cabe señalar que los resultados del análisis de respuesta no lineal consisten en verificar los rendimientos estructurales en lugar de determinar las demandas sísmicas derivadas de la combinación de cargas factorizadas. Criterios de aceptación apropiados de la respuesta debe establecerse y aplicarse en la verificación. H.3.2 Característica de la fuerza restauradora H.3.2.1 Supuestos de rigidez para análisis lineal 58 Las características de deformación de la fuerza de los elementos de acero estructural deben basarse en las propiedades de la sección bruta y deben tener en cuenta los efectos de la rigidez de la zona del panel y otras fuentes de deformación en juntas estructurales. También se pueden considerar los efectos de la composición del hormigón. Deformación de fuerza Las características de los elementos de albañilería y hormigón deben tener en cuenta la sección efectiva de grietas rigidez. H.3.2.2 Supuestos de fuerza-deformación para análisis no lineal Los supuestos de rigidez de los elementos estructurales antes del rendimiento efectivo deberían ser básicamente los mismos que en análisis lineal. En algunos casos, sin embargo, la rigidez inicial de las estructuras de concreto sin grietas es el comportamiento tomado y no lineal después de las grietas y antes de ceder se considera que incorpora los efectos de amortiguación de histéresis en un pequeño rango de deformación. Las características de deformación de fuerza deben basarse en pruebas de laboratorio existentes de elementos similares y debe tener en cuenta la resistencia y degradación de rigidez en elementos de hormigón debido a cargas cíclicas dentro del rango anticipado de respuesta. En elementos de acero, a veces se tienen en cuenta los efectos de Bauschinger. La figura H.2 ilustra ejemplos de modelos histéreos. Las fuerzas en los elementos de las estructuras debido a cargas muertas y vivas deben tenerse en cuenta como condiciones iniciales para el análisis no lineal a menos que tales efectos no sean significativos 59 a) Modelo bilineal normal b) Modelo trilineal degradante Llave M momento de flexión Ҩ Angulo de desviación Figura H .2 - Ejemplos de modelos característicos de fuerza de restauración Los elementos que se espera que se comporten dentro o casi dentro del límite elástico pueden modelarse como elementos lineales a condición de que tal comportamiento de los elementos sea confirmado por el análisis no lineal. H.3.3 Movimientos terrestres de terremoto de entrada Básicamente, se deben proporcionar movimientos de tierra de terremoto de entrada para dos horizontales ortogonales y direcciones verticales. En el análisis del modelo espacial, entrada simultánea del movimiento del terreno en los dos se pueden realizar instrucciones en lugar de realizar análisis en las dos direcciones de forma independiente y combinando los resultados. Normalmente, los movimientos verticales se consideran por separado por más simplificados procedimientos como se describe en el Anexo E. A menudo se emplean los siguientes movimientos de entrada: a) movimientos sísmicos de tierra registrados; b) movimientos artificiales cuyo espectro de respuesta es compatible con el espectro de diseño; 60 c) movimientos simulados basados en las características de la fuente y del sitio. H.3.3.1 Movimientos terrestres de terremotos registrados Cuando los movimientos de tierra de terremoto registrados se usan como movimientos de tierra de entrada, deben ser seleccionados apropiadamente para representar el rango de magnitud, la distancia de falla y las condiciones del sitio asociadas con la estructura y su diseño sísmico. Los registros deben ser escalados o modificados en amplitud para que sus espectros de respuesta lineal coincidan con el espectro de respuesta específico del sitio establecido para estado límite considerado (p. ej., SLS o ULS) dentro de un rango de período que captura los modos de respuesta primarios de la estructura, considerando el alargamiento potencial del período. En ausencia de espectro de respuesta específico del sitio, el espectro de respuesta de diseño normalizado indicado en el Anexo B puede emplearse en su lugar. En la evaluación de la respuesta, debe tenerse en cuenta que el uso de un terremoto registrado las mociones a veces conducen a resultados que se rigen por las características específicas de los registros y que esto puede no ocurrir en el sitio o en cada terremoto futuro. Por lo tanto, se recomienda considerar un conjunto suficientemente grande de movimientos para capturar una mejor estimación de la respuesta media y también para proporcionar información sobre la variabilidad potencial en la respuesta. H.3.3.2 Movimientos de tierra por terremotos artificiales consistentes con el espectro de respuesta Los movimientos de tierra por terremotos artificiales a menudo se desarrollan adoptando fases aleatorias, fases características de movimientos de tierra registrados o modelos de diferencia de fase para que sus espectros se ajusten al sitio espectro de respuesta de diseño específico o normalizado prescrito en H.3.3.1. Duraciones de los acelerogramas debería ser suficiente a la luz de la magnitud y otras características relevantes de los terremotos considerados, así como características dinámicas de estructuras objetivas. 61 Los movimientos artificiales del terreno pueden establecerse en la superficie del suelo o en la roca madre, pero es más racional establecerlos en el lecho rocoso que se pueden usar directamente en la estructura del suelo. Análisis del modelo de interacción. Cuando se establecen movimientos de tierra de terremotos artificiales en la superficie del suelo, deben reflejar las características dinámicas del suelo en el rango de deformación correspondiente a la intensidad de los terremotos considerados. H.3.3.3 Movimientos terrestres de terremotos simulados Movimientos terrestres simulados de terremotos desarrollados en base a los parámetros de diseño del terremoto que incluyen la magnitud, ubicación de la falla, distribución de deslizamiento, dirección de ruptura, etc., y también en la ruta de viaje El mecanismo y las características de la superficie del suelo pueden emplearse como movimientos de tierra de terremoto de entrada. Se han desarrollado varios métodos de simulación, algunos de los cuales se introducen en ISO 23469. Como los movimientos simulados pueden producir acciones considerablemente intensas, se recomienda evaluar su nivel de peligro, como el período de retorno, etc. Los movimientos de tierra simulados son efectivos especialmente para demostrar características peculiares de ciertos tipos de terremotos que son críticos en algunas estructuras. Por el contrario, demandas comunes de acciones sísmicas ordinarias no se pueden incorporar. En consecuencia, cuando el análisis del historial de respuestas es realizado para movimientos de tierra simulados de terremotos, análisis de movimientos de tierra artificiales o grabados también debe llevarse a cabo. 62 Anexo I (Informativo) Análisis estático no lineal y método de espectro de capacidad I.1 Análisis estático no lineal El análisis estático no lineal (análisis de empuje; ver Figura 1.1) da una respuesta no lineal de la estructura modelo bajo la forma de distribución de carga lateral constante. En general, la forma de distribución de fuerza lateral (la relación de la cantidad de fuerza lateral en cada piso) se define antes de realizar el análisis considerando los modos de vibración predominantes, la cantidad de fuerza lateral se incrementa gradualmente. Figura 1.1 - Análisis estático no lineal Llave → fuerzas laterales Del análisis estático no lineal, la relación entre la cizalla de piso y la deriva entre pisos de cada el piso se puede obtener como se muestra en Figura 12. De esta relación, cuestiones como la cantidad se puede discutir el corte de la base, el piso más vulnerable y el mecanismo de falla. Además, la bisagra de rendimiento del desarrollo de la estructura paso a paso se puede verificar como se muestra en la Figura I.3, y la deformación y la fuerza de restauración de cada miembro se puede rastrear. 63 Llave VE cizalla de piso Δ deriva entre pisos Número de 1, 2, 3 pisos. Figura I .2 - Ejemplo de la relación entre la cizalladura de piso y la deriva entre pisos Figura I .3 - Ejemplo de desarrollo de bisagra de rendimiento I.2 Método de espectro de capacidad Al considerar el modo de vibración predominante, el sistema de múltiples grados de libertad (MDOF) puede ser simplificado a la respuesta del sistema SDOF como se muestra en la Figura I,4. La cizalla simplificada dividida por la masa equivalente, Δ, se llama "aceleración representativa" y se calcula a partir de la Fórmula (I.1). El desplazamiento simplificado, Δ, se denomina "desplazamiento representativo" y se calcula a partir de la Fórmula (I.2). 64 Figura I.4 - Simplificación del sistema MDOF en un sistema SDOF equivalente Donde mi es la masa en el piso i; xi es el desplazamiento relativo en el piso i-ésimo a la base de la estructura; pi es la cantidad de fuerza lateral que actúa en el piso i. Si el sistema es lineal, el valor máximo de Δ y Δ bajo un terremoto es igual a los valores del espectro de respuesta de aceleración S a y el espectro de respuesta de desplazamiento Sd en el período predominante de la estructura como se muestra en la Figura I.5. La curva, cuyo eje horizontal es Δ, y el eje vertical Δ, se llama curva de rendimiento y la curva cuyo eje horizontal es S d y el eje vertical es Sa se llama curva de demanda. El punto de respuesta máximo es la intersección entre la curva de rendimiento y la curva de demanda. La curva de demanda generalmente se define a partir del espectro de diseño. 65 Llave Δ aceleración representativa Sa Respuesta de aceleración Δ desplazamiento representativo Sd Respuesta de desplazamiento Figura I .5 - Respuesta máxima, Sa y Sd Si la curva de rendimiento muestra no linealidad, la amortiguación aumenta debido a la energía adicional de la disipación durante la respuesta no lineal. La amortiguación equivalente, ζeq. Debe definirse, teniendo en cuenta la forma de los ciclos de histéresis de los sistemas estructurales y los componentes disipadores. Cuando valores específicos no están disponibles, la Fórmula (I.3) se puede usar para calcular la amortiguación viscosa equivalente, donde se considera una amortiguación viscosa lineal de 0,05. dónde ɣ es el coeficiente que depende de las características estructurales. Algunos valores recomendados se muestran en la Tabla I.1; μ Es el factor de ductilidad. 66 Tabla 1.1 - Ejemplo de valor ɣ ɣ Sistema estructural Muros de hormigón armado y muros de 0.2 mampostería reforzados. Marcos de hormigón armado dúctil 0.25 Sistema de marco de doble pared Ver Formula (I.4) Momento de marcos de acero 0.25 resistente Marcos de acero reforzados que evitan el pandeo de los tirantes Marcos de acero reforzados que evitan Estudios específicos necesarios el pandeo de los tirantes Albañilería sin refuerzo 0.09 Estructuras de madera con conexiones 0.09 dúctiles. Estructuras de madera con conexiones Estudios específicos necesarios ordinarias Donde ζeq,w ζeq,f son las proporciones de amortiguamiento viscoso equivalentes calculadas para las submuros de pared y sistema de marcos, respectivamente, y Vw y Vf son la suma de la fuerza de corte en la base de los elementos de pared y 67 marcos, respectivamente. Se requiere una evaluación cuidadosa de la rigidez del diagrama de piso para aplicar la fórmula (I,4). El factor de reducción de la demanda debido a la no linealidad, kζ, se calcula de acuerdo con el equivalente de amortiguación Algunas fórmulas como la fórmula (I.5) pueden ser informativas. Como se muestra en la Figura I.6, la respuesta máxima se puede estimar en la intersección entre curva de rendimiento y curva de demanda reducida por k ζ, Si ningún miembro estructural alcanza el estado límite de seguridad como falla de corte, falla de unión o falla de compresión, la estructura se evalúa como segura. Llave Sa Respuesta de aceleración Sd Respuesta de desplazamiento kζ factor de reducción de la demanda debido a la no linealidad 1 ceder 2 respuesta máxima 3 curva de rendimiento 4 curvas amortiguadas (5% de amortiguación) Figura I .6 - Método del espectro de capacidad 68 Anexo J (Informativo) Interacción suelo-estructura J.1 Fenómenos de interacción suelo-estructura (SSI) Para la mayoría de las estructuras, los efectos SSI no se consideran al determinar las fuerzas de diseño sísmico. Para estas estructuras, los movimientos de diseño del terreno se introducen en su base, asumiendo una rigidez rígida de la base (supuesto de base fija). Sin embargo, para algunas estructuras como edificios de baja altura o edificios de mediana altura ubicados en depósitos de suelo de blandos, los efectos de SSI pueden cambiar significativamente la respuesta sísmica de las estructuras modificando las características de respuesta dinámica (período fundamental y amortiguación) del suelo sistema de estructura Los fenómenos de cambio de período y relación de amortiguamiento inducidos por las condiciones del suelo son llamado el SSI dinámico. Debido a la incrustación de cimientos y pilotes, los movimientos sísmicos de entrada a la superestructura son distintos en comparación con el movimiento del terremoto definido en una superficie del suelo. En terremoto de entrada, los movimientos que son menos frecuentes, dependen de la profundidad de inserción y la rigidez de las pilas. Los fenómenos de cambio del movimiento de entrada se denominan interacción cinemática. Por otra parte, los fenómenos de cambio de período y relación de amortiguamiento por la fuerza sísmica de la estructura son las interacciones inerciales. Los efectos de SSI en las estructuras se resumen como sigue: a) alargamiento del período natural en comparación con la condición de base fija; b) cambio en la relación de amortiguamiento desde la condición de base fija; c) disminución del movimiento sísmico de entrada del movimiento en la superficie del suelo. 69 Figura J.1 presenta un modelo de superestructura, cimientos y muelles bajo el SSI, llamado modelo de balanceo oscilante (SR) y los efectos de los muelles de balanceo en el desplazamiento del modelo. Por simplicidad, la superestructura está configurada para ser una masa. Debido a la inercia) fuerza de superestructura y base, se combinan tres tipos de desplazamiento. Hay desplazamientos de superestructura; así mismo, resorte oscilante (modo horizontal de la base) y resorte oscilante (modo de rotación de la base). El período de superestructura se estima en función del desplazamiento de la superestructura (arriba). El período con SSI se estima en función del desplazamiento total de la superestructura, la oscilación (us) y el balanceo (ur). los El período de estructura con SSI es siempre mayor que con condición de base fija, con depósito de suelo más blando, los efectos de los desplazamientos de balanceo y balanceo son más significativos. J.2 Estimación simplificada del período y la relación de amortiguamiento Bajo la Figura J.1 b), el desplazamiento del SSI (ue,) se define como tres resortes conectados en serie (ver formula J.1) Donde F y H son la fuerza horizontal equivalente estática y la altura equivalente de la superestructura bajo modo de vibración fundamental, respectivamente. K b, Ks y Kr son constantes de resorte de superestructura y balanceo, respectivamente. El resorte de SSI (Ke) se expresa como Fórmula (J .2): El período del sistema SS I es como la Fórmula (J .3): 70 Donde Tb, Ts y Tr son períodos naturales de superestructura, balanceo y balanceo, respectivamente. Del mismo modo, se obtiene la relación de amortiguamiento del sistema SSI. Ver Fórmula (J .4) y (J. 5). donde ζb, ζs y ζr son relaciones de amortiguamiento de superestructura, balanceo y balanceo, ωb, ωs y ωr son frecuencias circulares, cb, cs y cr son coeficientes de amortiguamiento, respectivamente. m es la masa equivalente de superestructura con modo de vibración fundamental. a) Modelo SR b) Desplazamiento del modelo SR Llave: m: Masa equivalente de superestructura con modo de vibración fundamental. H: altura equivalente de superestructura con modo de vibración fundamental. F: fuerza de inercia en masa. 71 Kb, cb y ub: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento de la superestructura Ks, cs y us: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento por balanceo. Kr, cr y ur: constante de resorte, coeficiente de amortiguación y desplazamiento por balanceo Ue: desplazamiento total. Figura J.1 - Modelo SR y distribución de desplazamiento Anexo K (Informativo) Diseño sísmico de edificios de gran altura. Normalmente, un gran número de personas se reúnen en edificios de varios pisos de gran altura y la falla de un edificio de gran altura generalmente causa impactos más graves en las instalaciones circundantes que los causados por fallas de edificios de baja o media altura. En este contexto, los edificios de gran altura requieren fiabilidad mejorada en ULS. Además, como sus tamaños suelen ser bastante grandes, el daño en los edificios de gran altura es grave en términos de pérdida o costo de reparación y tiempo de inactividad prolongado. Por lo tanto, una mayor fiabilidad también puede ser necesaria en SLS. Sin embargo, la mayoría de los códigos de diseño sísmico actuales no requieren explícitamente un aumento en el factor de importancia, que es similar al factor de carga en relación con la confiabilidad de la estructura, solo porque el edificio es de gran altura. En cambio, los respetos habituales se pagan a los siguientes problemas en el diseño sísmico de edificios de varios pisos de gran altura. a) Emplear los métodos y modelos de estructuras más avanzados para evaluar los efectos de la acción sísmica. 72 b) Seleccione movimientos de tierra de entrada de diseño apropiados, incluidos los que son más críticos a la luz de las características dinámicas que son distintivas en los edificios de gran altura. c) Haga cumplir las consideraciones de diseño normales o introduzca criterios de aceptación más estrictos, incluidos, entre otros: - minimizar la excentricidad entre los centros de masa y rigidez; - minimizar la variación abrupta en la rigidez horizontal del piso; - introducir un sistema de control de respuesta o amortiguación adicional; - Asignar márgenes especiales a elementos críticos y partes de la estructura para mantener comportamiento dúctil NOTA Típicamente, los edificios de gran altura se definen como aquellos de más de 50 m de altura con una participación masiva significativa y una respuesta lateral en modos de vibración más altos. K.2 Método de evaluación y modelo de estructura. En principio, las bases para evaluar las acciones sísmicas y los efectos de acción son comunes en todos los edificios, incluidos los de gran altura. Por lo general, los procedimientos de análisis dinámico se emplean en el diseño sísmico de edificios de gran altura, ya que las presunciones implícitas en el análisis estático equivalente pueden no ser apropiadas para edificios de gran altura. Como es común en todos los tipos de análisis dinámico, se recomienda la representación espacial o tridimensional de modelos de estructuras. Este principio se aplica a los edificios de gran altura porque los marcos espaciales u otros sistemas estructurales tridimensionales se emplean comúnmente en ellos y los efectos de los marcos en la dirección ortogonal a las acciones sísmicas no son insignificantes al evaluar los efectos de la acción. Además, los efectos de la combinación de los dos componentes horizontales indicados en el Anexo D, que son más importantes en los edificios de gran altura, pueden evaluarse sin introducir factores empíricos, ε o λ, ya que es suficiente realizar un análisis para la aplicación simultánea de dos movimientos de tierra ortogonales a modelos espaciales o tridimensionales. 73 Al diseñar estructuras a gran escala, incluidos edificios de gran altura, la influencia de la interacción suelo-estructura debe incluirse en la evaluación de las acciones sísmicas para edificios en suelos blandos y con el apoyo de cimientos profundos. Los análisis del historial de respuestas para acciones sísmicas ULS deben realizarse con modelos no lineales, ya que la información precisa de los comportamientos no lineales durante los terremotos de cada elemento de la estructura es esencial, especialmente en edificios de gran altura. Tales comportamientos incluyen no solo la fuerza del elemento, sino también la deformación no lineal máxima, el número de inversiones de tensión, etc. Debe tenerse en cuenta que los factores de diseño estructural para evaluar la respuesta no lineal de la respuesta elástica se establecen para el prototipo de edificios principalmente de baja o media altura y pueden deben revisarse al aplicar a varios tipos de sistemas estructurales innovadores de edificios de gran altura. K.3 Movimiento de tierra de entrada Además de las consideraciones para la representación uniforme del peligro de los movimientos del terreno de diseño, aquellos con componentes críticos a la luz de las características dinámicas de los edificios de gran altura deben ser empleados. Los edificios de gran altura suelen ser estructuras con períodos prolongados y requieren especial atención en la selección del diseño del historial de movimiento del suelo para incluir aquellos que contienen altos niveles del componente a largo plazo. En el análisis del historial de respuesta no lineal, las duraciones y / o los números de movimiento de gran amplitud también pueden ser importantes. A veces, consideraciones para el movimiento de tierras debido a los mega terremotos que ocurren a lo largo de los límites de las placas corticales, incluso si están lejos del sitio, dan como resultado una respuesta inesperadamente grande y duradera en edificios de gran altura. Estos fenómenos deben tenerse debidamente en cuenta al proporcionar movimientos de tierra simulados de terremotos basados en un escenario determinista. 74 K.4 Introducción del sistema de control de respuesta La investigación y el desarrollo de sistemas de control de respuesta para estructuras avanzan rápidamente y Varios tipos de sistemas descritos en el Anexo M, particularmente los sistemas de control pasivo o de amortiguación, han alcanzado la etapa de aplicación práctica. En consecuencia, el control de respuesta se está convirtiendo en un equipo estándar de edificios de gran altura en regiones de alto riesgo sísmico para reducir la respuesta máxima del piso y tiempo de duración de la vibración debido a acciones sísmicas, así como para mejorar la habitabilidad durante las acciones frecuentes del viento. Se debe seleccionar el sistema más efectivo para controlar los efectos del tipo esperado y la intensidad de las acciones sísmicas. Deben establecerse modelos analíticos apropiados de dispositivos, incluidas sus características específicas. Por ejemplo, la dependencia de sus propiedades de amortiguación, si las hay, en temperatura, amplitud de vibración, etc., deben incorporarse adecuadamente para evitar sobreestimar los efectos de control de respuesta. Además, la influencia de la fatiga bajo deformaciones cíclicas también debe considerarse para amortiguadores de acero u otros metales. K.5 Interacción suelo-estructura (SSI) La fuerza de inercia en las superestructuras debido a acciones sísmicas se transmite a través de los cimientos y se resiste por el suelo causando desplazamientos de cimientos y / o sótanos. Como resultado, cambian las propiedades dinámicas, incluidos los períodos naturales y las relaciones de amortiguación. Si el suelo del sitio es blando, los efectos son sobresalientes también en edificios de gran altura. Además, la entrada de movimiento sísmico a la superestructura no es la misma que los movimientos de la superficie del suelo, que generalmente se usan como entrada de terremoto para modelos de estructuras de base fija, debido a los efectos de sótanos y / o pilas. Una descripción más detallada de este problema, la interacción suelo-estructura, se da en el Anexo J. 75 Si bien el SSI y su influencia rara vez se consideran en los casos de edificios de baja o media altura, a menudo se considera para edificios de gran altura construidos en suelo blando y apoyados por cimientos profundos, donde la influencia de la interacción en la respuesta sísmica es importante, debe tenerse en cuenta adecuadamente empleando los modelos estructurales como se indica en H.1 y el Anexo J. Anexo L (Informativo) Límites de Deformación Hay dos tipos de deformaciones a controlar: la deriva del piso, que es el desplazamiento lateral dentro de un piso y el desplazamiento lateral total a cierta altura en relación con la base. La deriva del piso debe limitarse para restringir el daño a elementos no estructurales como vidrio, paneles, muros cortina, paredes de yeso y otras particiones para movimientos de tierra de terremotos moderados y para controlar la falla de elementos estructurales y la inestabilidad de la estructura en el caso de movimientos severos de terremotos. Los límites se expresan con frecuencia en términos de la relación de deriva del piso, que es la deriva del piso dividida por la altura del piso. En la evaluación de deformaciones bajo movimientos severos de terremoto, es generalmente necesario para tener en cuenta el efecto de segundo orden (efecto P-delta) de momentos adicionales debido a la gravedad más las fuerzas sísmicas verticales que actúan sobre la estructura desplazada que ocurre como resultado de movimientos severos de terremoto. Para el control de daños que amenazan la vida en edificios ocupados en el ULS, la relación de deriva del piso debe limitarse a valores entre 0,005 (1/200) y 0,025 (1/40), dependiendo de los materiales de construcción, la altura del edificio y el uso del edificio. Un ejemplo de tabulación de tales efectos se muestra en la Tabla L.1. En otros tipos de estructuras, las limitaciones en la deriva del piso pueden regirse por la capacidad de deriva de elementos y sistemas no estructurales. En 76 instalaciones críticas, los límites de la relación de deriva de piso deben ser menores según sea necesario para preservar la función de los sistemas esenciales. Tabla L.1 - Ejemplo que limita las proporciones de deriva de pisos para edificios Clase de consecuencia Clase de alta normal consecuencia 0,010 a 0,025 0,004 a 0,015 (1/100 a 1/40) (1/250 a 1/67) 0,005 a 0,020 0,002 a 0,010 (1/200 a 1/50) (1/500 a 1/100) Con mampostería 0,005 a 0,010 0,002 a 0,010 estructural (1/200 a 1/100) (1/500 a 1/100) Bajo, sin mampostería Alto, sin mampostería El control del desplazamiento total se refiere a separaciones suficientes de dos estructuras contiguas para evitar el contacto dañino por movimientos de tierra severos del terremoto. Hay dos métodos comunes para cuantificar la separación necesaria del edificio basada en las deformaciones de las dos estructuras, dependiendo del grado de seguridad y vulnerabilidad al contacto dañino: 1) usa la suma absoluta, o 2) usa la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados. Además, para miembros que se extienden entre dos estructuras, los rodamientos deben tener suficiente capacidad de desplazamiento para mantener el soporte. 77 Anexo M (Informativo) Sistemas de control de respuesta Recientemente, los sistemas de control de respuesta, incluido el aislamiento sísmico, se han aplicado gradualmente a varias estructuras, por ejemplo, edificios, puentes de carreteras y plantas de energía y tanques de GNL. Los sistemas de control de respuesta se utilizan no solo para estructuras nuevas sino también para estructuras existentes para adaptarlas. Existen algunos sistemas de control de respuesta para proteger el contenido de las estructuras, aislando los pisos que soportan esos contenidos, etc. Los sistemas de control de respuesta se clasifican como se muestra en la Figura M.1, y algunos ejemplos de los sistemas de control de respuesta se ilustran en la Figura M.2. Todos los sistemas, excepto los sistemas de control activos (incluidos los parcialmente activos que son semi activos) pueden clasificarse en sistemas de control pasivo. El aislamiento sísmico es para reducir la respuesta de la estructura por los aisladores y amortiguadores que son generalmente instalado entre los cimientos y la estructura. Como los aisladores alargan el período natural de la estructura y amortiguadores aumentan la amortiguación, la respuesta de aceleración es reducido como se muestra en la Figura M. 3, pero se produce un gran desplazamiento relativo en el piso instalado del aislador. Los dispositivos de absorción de energía y la adición de masas a las estructuras también se utilizan para controlar la respuesta. Como se muestra en la Figura M.4 a) para la estructura sin control de respuesta, la energía de entrada a la estructura durante el terremoto se distribuye a la amortiguación viscosa de la estructura, la energía histérica de la estructura y la energía radiada al suelo. La Figura M.4 b) indica que, para la estructura con control de respuesta, los amortiguadores sísmicos absorben gran cantidad de energía, y la energía histérica causada por el daño de los elementos estructurales se puede reducir de manera efectiva. 78 Los dispositivos de absorción de energía aumentan la amortiguación de las estructuras por deformación plástica o resistencia viscosa de los dispositivos de control pasivo. La respuesta de la estructura también se reduce en vibración de masas adicionales o materiales líquidos. Los sistemas de control de respuesta activa reducen la respuesta de la estructura causada por terremotos y vientos utilizando sistemas controlados por computadora. Los sistemas de control de respuesta se utilizan para reducir la respuesta del piso y la deriva entre pisos. La reducción de la respuesta del piso puede garantizar la seguridad sísmica, mejorar la habitabilidad, aliviar la ansiedad mental, proteger muebles por vuelco, etc. La reducción de la deriva entre pisos puede disminuir la cantidad de materiales de construcción, reducir el daño a elementos no estructurales, aumentar la libertad de diseño, etc. El diseño de los sistemas debe tener en cuenta las características mecánicas de los aisladores o dispositivos adicionales, por ejemplo, amortiguadores histéricos, de fricción e hidráulicos. El análisis dinámico es preferible para estos sistemas, ya que la restauración de la fuerza característica de los dispositivos tiene mucha influencia en la característica de las estructuras. Los modelos analíticos para materiales desarrollados recientemente deben verificarse mediante experimentos. Además de la carga sísmica, para los sistemas de control de respuesta sísmica (especialmente para el sistema de aislamiento sísmico), también es necesario considerar las cargas de viento para el diseño estructural para garantizar que el umbral antes del inicio del comportamiento no lineal del sistema de control de respuesta sea mayor que el diseño de carga de viento. Dado que los sistemas pueden verse influenciados por el entorno, es necesario tener en cuenta los efectos de envejecimiento, fluencia, fatiga, temperatura, exposición a la humedad, etc. 79 Figura M.1 – Clasificación de sistemas de control de respuesta con amortiguadores 80 a) Aislamiento sísmico b) Absorción de energía b) Tipo de masa adicional Llave: 1. Aislador 2. Disipador, amortiguador (o apagador) 3. Masa 4. Resorte Figura M.2 - Ejemplo de sistema de control pasivo 81 Llave a) respuesta de estructuras ordinarias b) respuesta de estructuras controladas por respuesta [ver Figura M.2 b) y c)] c) respuesta de estructuras sísmicas aisladas (aislador + amortiguador) [ver Figura M.2 a)] Figura M.3 - Efectos de los sistemas de control de respuesta en la respuesta de estructuras a) Sin control de respuesta por amortiguadores 82 b) Con control de respuesta por amortiguadores Llave Er energía absorbida normalizada T tiempo (s) a energía de entrada total durante el terremoto b energía vibratoria de la estructura c energía absorbida por amortiguadores sísmicos d energía histérea de estructura e energía absorbida por la amortiguación viscosa de la estructura f energía radiada al suelo Figura M.4 - Ejemplo de absorción de energía de la estructura SDOF con y sin control de respuesta 83 Anexo N (Informativo) Construcción sin ingeniería N.1 Varios tipos de construcción sin ingeniería Muchas estructuras se construyen de manera espontánea e informal en varios países de la manera tradicional, con poca o ninguna intervención de arquitectos y / o ingenieros calificados, y a menudo se las denomina "no diseñadas". Algunos tipos de construcción sin ingeniería son 1) mampostería no reforzada (piedra, ladrillo o mampostería de bloques de hormigón), 2) mampostería confinada, 3) construcción de madera, 4) construcción de tierra (adobe o tapial, es decir, tierra apisonada), etc. Muchos de estos tipos de construcción no son satisfactorios para su uso en regiones sísmicamente peligrosas. Algunos de estos tipos de construcción pueden ofrecer un rendimiento sísmico satisfactorio dadas reglas simples sobre diseño básico, materiales y conexiones. Limitación adecuada en el tamaño, la altura y el uso (clase de consecuencia) de tales estructuras empíricamente diseñadas es esencial. N.2 Características y vulnerabilidad específicas de la estructura no diseñada N.2.1 Mampostería sin refuerzo Las paredes de mampostería de este tipo consisten en ladrillos cocidos, bloques de concreto sólido, bloques de concreto o mortero hueco, etc. Las principales debilidades en la construcción de mampostería no reforzada son a) estructuras pesadas y rígidas, que atraen grandes fuerzas de inercia sísmica, b) muy baja resistencia a la tracción y al corte resistencia, particularmente con morteros de baja calidad, c) comportamiento frágil tanto en tensión como en compresión, d) conexiones débiles entre paredes, etc. Por lo tanto, el uso de barro o morteros muy delgados no es adecuado. N.2.2 Mampostería confinada Este tipo consiste en paredes de mampostería de ladrillos de arcilla o unidades de bloques de hormigón y horizontal y elementos verticales de hormigón armado que 84 confinan los paneles de pared de mampostería en los cuatro lados. Miembros verticales se llaman "columnas de unión", y aunque se asemejan a columnas en marco de hormigón armado (RC) construcción, son de sección transversal mucho más pequeña. Elementos horizontales, llamados las "vigas de unión", se asemejan a las vigas en la construcción del marco RC, pero también de una sección mucho más pequeña. Debe entenderse que los elementos de confinamiento no son vigas y columnas en la forma en que se utilizan en marcos RC. Por el contrario, funcionan como uniones horizontales y verticales o bandas para resistir las tensiones de tensión. N.2.3 Construcción de madera. La madera tiene una alta resistencia por unidad de peso. Las estructuras de madera a menudo están conectadas con conectores de acero tipo clavija (clavos, tornillos y pernos) que ofrecen cierta ductilidad. Esta combinación de baja densidad y conexiones dúctiles hacen que la madera sea muy adecuada para estructuras resistentes a terremotos. Sin embargo, los revestimientos pesados (incluyendo paredes y techos) imponen cargas laterales altas cuando se colocan en un poste de madera y una viga marco y puede cargar el marco más allá de su capacidad estructural. Donde están los pequeños miembros de estructura de madera combinado con revestimiento clavado de varios materiales para pisos, techos y paredes, rendimiento sísmico ha tenido mucho éxito, y las reglas simples para proporcionar cantidades adecuadas de muros cortantes / tirantes tienen probado exitosamente en construcciones sin ingeniería. Por lo tanto, la construcción de madera sin ingeniería es adecuado en aquellas áreas donde la madera todavía está disponible en abundancia como recurso renovable. N.2.4 Construcción de tierra. Las paredes son los elementos estructurales básicos y se pueden clasificar como a) adobe o bloques, b) tapiales o apisonados tierra, y c) armazones de madera o malla de caña con barro. Este material tiene una clara ventaja de costos, estética, acústica, aislamiento térmico y bajo consumo de energía, pero tiene algunas desventajas, como ser débil bajo las fuerzas del terremoto y la acción del agua. Sin 85 embargo, la tecnología desarrollada hasta la fecha ha permitido cierta reducción de sus desventajas. La construcción de tierra es, en general, espontánea y se experimenta una gran dificultad en la difusión del conocimiento sobre su uso adecuado. N.3 Posible enfoque para mejorar la integridad estructural (robustez estructural) Ejemplos de posibles enfoques para prevenir fallas vulnerables específicas de la construcción sin ingeniería son como sigue. Minimizar el costo adicional a la práctica actual es esencial para todo el enfoque. N.3.1 Mejora de materiales y componentes. Uso de estabilizadores (cemento, cal, asfalto, etc.) para mejorar la resistencia y durabilidad de la construcción de tierra, enriquecimiento de la proporción de la mezcla de cemento y mejorar el tratamiento de curado para el concreto, bloques, mejora de hornos para quemar ladrillos con mayor temperatura son las diversas formas prácticas. N.3.2 Conexiones entre componentes Separación de paredes de mampostería en las esquinas, fallas en las juntas de los miembros de confinamiento de RC (columnas y vigas) y marcos de madera (entre poste, vigas, tirantes, etc.) son ejemplos típicos de estructuras críticas debilidades Es necesario agregar conexiones para prevenir estas fallas. N.3.3 Adición de refuerzos Para algunas partes / componentes muy vulnerables, la adición de refuerzo es efectiva. Ejemplos incluyen refuerzo / soportes para gabletes de mampostería, vigas de dintel o alféizar en paredes de mampostería, refuerzo en el interior paredes de ladrillo / adobe, mortero enlucido en paredes con malla, etc. 86 Anexo O (Informativo) Acciones de tsunami O.1 General Los tsunamis dañinos generalmente son causados por grandes terremotos en alta mar con magnitudes de momento mayor que Mw7.5 que inducen compensaciones verticales significativas en el fondo del mar. Los tsunamis pueden inundar regiones costeras varias veces durante un evento. Porque las olas del tsunami tienen una longitud de onda más larga y tienen muy baja amortiguación, pueden viajar grandes distancias a través de los océanos y aún tener daños considerables energía particularmente para costas con configuraciones de sitio desfavorables. También se pueden generar tsunamis por un deslizamiento de tierra en el mar o lago, un colapso de montaña, etc. Estructuras, que se encuentran en tierra en tsunami las áreas de peligro y requeridas para resistir tsunamis, deben diseñarse contra acciones de tsunami. O.2 Principios de cálculo de acciones de tsunami Las acciones de tsunami en las estructuras son las fuerzas de la ola de tsunami y los impactos de escombros. Las fuerzas de las olas de tsunami en las estructuras (ver Figura O.1) se pueden calcular a partir de una inundación de tsunami profundidad h y una velocidad actual de diseño v en un sitio basado en el método estocástico como fuerzas hidrostáticas Fs o fuerzas hidrodinámicas FD tanto en dirección horizontal como vertical. Por ejemplo, hidrostática la presión qz en dirección horizontal se evalúa como se muestra en la Fórmula (O.1): 𝑞𝑧 = ρ 𝑔(𝑎ℎ − 𝑧) dónde g es la aceleración debida a la gravedad (m / s2); 87 ρ es la densidad del agua de mar (kg / m3); a es el factor de profundidad del agua; h es la altura de inundación de diseño (m); z es la altura del edificio en el nivel en cuestión (m). El factor de profundidad del agua a, depende de la distancia desde la línea costera y puede ser de 1,5 a 3,0. Las fuerzas hidrostáticas Fs (N) se evalúan por la integral de qz por la altura multiplicada por el ancho de la estructura. Una fuerza hidrodinámica FD (N) en dirección horizontal se evalúa como Fórmula (O.2): 1 𝐹𝐷 = ρ𝐶𝐷 𝑣 2 ℎ𝐵 2 dónde CD es el factor de arrastre; ρ es la densidad del agua de mar (kg / m3); v es la velocidad actual de diseño (m / s); h es la profundidad de inundación de diseño (m); B es el ancho de una estructura (m). 88 Llave 1 estructura 2 dirección del tsunami 3 fuerza hidrostática en dirección horizontal 4 fuerza hidrostática en dirección vertical (flotabilidad) un factor de profundidad del agua h profundidad de inundación de diseño (m) z altura del edificio en el nivel en cuestión (m) qz presión hidrostática ρ densidad del agua de mar (kg / m3) g aceleración debido a la gravedad (m / s2) Figura O.1 - Fuerza de ola de tsunami sobre una estructura 89 La fuerza de una ola de tsunami se evalúa como un arrastre o una diferencia de las presiones de la ola de tsunami que actúan en ambos lados de paredes en una estructura o la estructura misma. El agua de la inundación del tsunami transporta varios escombros: árboles, contenedores, vehículos, trenes, barcos, casas, maderas, muebles, etc. Las estructuras deben diseñarse para evitar el colapso progresivo debido a los impactos de escombros. Las fuerzas de las olas de tsunami en las estructuras se pueden reducir según el concepto de que se puede considerar que las presiones de las olas de tsunami no actúan en las aberturas (ventanas, puertas, incluidos los pilotos, etc.) de las estructuras debido a la falla de las aberturas. Sin embargo, se consideran las fuerzas del tsunami en vidrios de aberturas equivalentes a la fuerza del vidrio. También se consideran las fuerzas de tsunami en las paredes internas y las paredes traseras de las estructuras. Deben considerarse todas las direcciones de incidentes esperadas de tsunamis. También se debe considerar el retro lavado (un flujo de agua hacia atrás) de los tsunamis, así como el anaseismo (opuesto al retro lavado, un avance flujo de agua) de tsunamis. El agua de mar se considera un fluido no compresible. La densidad ρ del agua de mar puede considerarse 1,0 × 103 kg / m3. Cuando el agua de mar contiene lodo, arenas y otros desechos, la densidad del agua de mar debe determinarse adecuadamente. Los daños por terremotos, licuefacción, rasguños alrededor de los cimientos, embalse de escombros también son considerado. 90 Anexo P (Informativo) Influencias parasísmicas Las técnicas de diseño y construcción sísmica son útiles cuando las estructuras están sujetas a movimientos del suelo causados por fuentes distintas a los terremotos. Tales acciones se llaman influencias para sísmicas en este documento. Las fuentes de influencias para sísmicas se clasifican de la siguiente manera: - explosiones subterráneas; - golpes de la mía, sismicidad inducida (estallidos de rocas); - explosiones sobre el suelo (por ejemplo, canteras); - impactos y choques sobre el suelo (por ejemplo, pilotaje); - vibraciones de tráfico transmitidas a través del suelo a estructuras (desde autopistas de superficie, calles, líneas ferroviarias, ferrocarriles subterráneos); - otras fuentes, como actividades industriales, máquinas. Algunas pautas sobre el uso de las fórmulas (1), (2) o (3), (4) para estimar las influencias para sísmicas son las siguientes: - kZ, el factor de zonificación de peligro para sísmico puede tomarse de los mapas de zonificación de peligro para sísmico, obtenido individualmente del monitoreo de casos o mediciones directas; - kE,u, kE,s, valores representativos de la intensidad del movimiento del suelo, también se pueden obtener del monitoreo de casos o mediciones directas; Debe tenerse en cuenta el hecho de que, en general, el período de retorno es muy corto en comparación con los terremotos; - kD, el factor de diseño estructural para reducir las fuerzas de diseño es aceptable solo en casos excepcionales y el valor no debe ser inferior a 0,5; 91 - kR, el espectro de respuesta de diseño normalizado generalmente tendrá que ajustarse a una forma algo diferente al usado para el diseño sísmico. El espectro de respuesta respectivo debe construirse en base a una colección de la superficie más fuerte registros de eventos para sísmicos, p. temblores mineros. Debido a posibles cambios de alta frecuencia de para sísmicos efectos (a menudo de 10 Hz a 40 Hz), las medidas de intensidad deben evitar valores máximos de aceleración directa que dan sobreestimaciones de las intensidades. Los valores máximos de la velocidad de partícula horizontal son los mejores parámetros para cuantificar la intensidad de los efectos para sísmicos. Multi-componentes de horizontal y vertical. las direcciones deben considerarse simultáneamente para muchos casos, particularmente para fuentes cercanas de conmociones. En caso de que los datos exactos no estén disponibles, se puede usar la Fórmula (E.2). Bibliografía [1] ISO 2394, General principles on reliability for structures [2] ISO 23469, Bases for design of structures — Seismic actions for designing geotechnical works 92