Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 2019 Apoyo para la elaboración y organización del documento Apoyo para la elaboración y organización del documento correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en Colombia Colombia Eliecer Correa Avila Universidad de La Salle, Bogotá Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Civil Engineering Commons Citación recomendada Citación recomendada Correa Avila, E. (2019). Apoyo para la elaboración y organización del documento correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en Colombia. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/ 359 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2019
Apoyo para la elaboración y organización del documento Apoyo para la elaboración y organización del documento
correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en
Colombia Colombia
Eliecer Correa Avila Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil
Part of the Civil Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Correa Avila, E. (2019). Apoyo para la elaboración y organización del documento correspondiente a la futura norma de aislamiento sísmico en Colombia. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/359
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APOYO PARA LA ELABORACIÓN Y ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO
CORRESPONDIENTE A LA FUTURA NORMA DE AISLAMIENTO SÍSMICO EN
COLOMBIA
ELIECER CORREA AVILA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2019
Apoyo para la elaboración y organización del documento correspondiente a la futura norma de
aislamiento sísmico en Colombia
Eliecer Correa Avila
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Director Temático
PhD. Carlos Mario Piscal Arévalo
Universidad de la Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C
2019
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a:
A Dios por la salud y vida durante todo este proceso, para así realizar mis metas con éxito.
A mi señor Padre Gustavo Correa Murillo y a mi señora Madre Flor Maria Avila Reay por su
apoyo, esfuerzo, dedicación, consejos durante estos años de mi vida universitaria.
A mi hermana Andrea Correa Avila y mi hermano Edwin Correa Avila, por su compañía y
apoyo durante todo el proceso.
A PhD. Carlos Mario Piscal, por la colaboración, atención y el apoyo prestado en el desarrollo de
las actividades para la realización de este trabajo.
DEDICATORIA
Dedico la finalización de este peldaño en mi formación académica, a mis padres: Flor Maria
Avila y Gustavo Correa por su total acompañamiento y sacrifico que hicieron para contribuir a
conseguir este logro.
CONTENIDO
INTRODUCCION ...................................................................................................................... 10
DESCRIPCION DEL PROBLEMA ......................................................................................... 12
1. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 13
1.1 Objetivo General .................................................................................................................................................... 13
1.2 Objetivos específicos ............................................................................................................................................. 13
2. JUSTIFICACION ................................................................................................................ 14
3. MARCO REFERENCIA .................................................................................................... 15
3.1 Antecedentes Teóricos ........................................................................................................................................... 15 Situación de las técnicas de control estructural de respuesta sísmica en Colombia ................................................ 15 Comparación del Comportamiento del Edificio Park Way 41 con y sin Aisladores Pasivos en Bogotá Usando el
Programa de Elementos Finitos -SAP 2000. ........................................................................................................... 15 Modelación no Lineal de una Edificación con y sin Disipadores Pasivos de Energía en Ciudad de Bucaramanga 16 Consecuencias de la Posible Aplicación a Colombia de las Normas más Actuales sobre Aislamiento Sísmico de
Edificios .................................................................................................................................................................. 16
4. MARCO TEORICO ............................................................................................................ 17
4.1 Sistemas de control estructural .............................................................................................................................. 17
4.2 Aislación Sísmica .................................................................................................................................................. 18 4.2.1Aisladores Elastómericos ................................................................................................................................ 19 4.2.2 Aisladores de Fricción .................................................................................................................................... 19
4.3 Aplicaciones de los sistemas de aislamiento ......................................................................................................... 20
5. COMPARACIÓN DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LAS NORMATIVAS ASCE 7-10
–ASCE 7-16.................................................................................................................................. 21
5.1 Configuración: ....................................................................................................................................................... 21
5.2 Restricción de desplazamiento: ............................................................................................................................. 21
5.3 Movimientos sísmicos del terreno: ........................................................................................................................ 22 5.3.1Amenaza sísmica del terreno: .......................................................................................................................... 22
5.4 Registros del movimiento del terreno .................................................................................................................... 22
5.5 Procedimiento de fuerza lateral equivalente .......................................................................................................... 24
5.6 Desplazamiento de diseño ..................................................................................................................................... 25
5.7 Periodo efectivo del desplazamiento de diseño ..................................................................................................... 26
5.8 Periodo efectivo para el máximo desplazamiento .................................................................................................. 26
5.9 Desplazamiento máximo Total .............................................................................................................................. 27
5.9 Procedimiento de análisis cronológico .................................................................................................................. 30
6. REVISIÓN DE CONSISTENCIA EN UNIDADES DE LAS ECUACIONES
EMPLEADAS EN EL BORRADOR DE LA NORMA DE AISLAMIENTO SÍSMICO .... 31
6.1 Periodo efectivo para el desplazamiento máximo: ................................................................................................ 31
6.2 Desplazamiento Máximo ....................................................................................................................................... 32
6.3 Desplazamiento máximo total ............................................................................................................................... 33
6.4 Fuerza sísmica lateral debajo del nivel base .......................................................................................................... 34
6.5 Fuerza lateral sísmica por encima del nivel base ................................................................................................... 35
6.6 Fuerza cortante mínima por encima del nivel base ................................................................................................ 36
6.7 Fuerza lateral inducida al nivel 1 ........................................................................................................................... 37
6.8 Factor de Distribución Vertical.............................................................................................................................. 38
6.9 Fuerza lateral inducida x>1 ................................................................................................................................... 39
6.9 Desplazamiento mínimo ........................................................................................................................................ 39
7. CHEQUEO DEL FACTOR 𝝀 , VALORES NOMINALES PROPORCIONADOS POR
LA ASCE Y CATÁLOGO DE BRIDGESTONE .................................................................... 40
7.1 Aisladores de caucho Natural con Núcleo de Plomo (LBR): ................................................................................ 41
7.2 Aisladores de caucho Natural (NRB): ................................................................................................................... 44
7.3 Aisladores de caucho de alta disipación de energía (HDR): .................................................................................. 45
7.4 Aisladores de fricción (deslizantes) ....................................................................................................................... 46
8. TRADUCCIÓN DEL COMENTARIO ASCE-17 ............................................................ 47
8.1 Comentario capítulo 17, Requisitos de Diseño Sísmico para Edificaciones Aisladas Sísmicamente .................... 47
10. CONCLUSIONES............................................................................................................ 90
REFERENCIAS .......................................................................................................................... 92
Lista de Tablas
Tabla 1: Especificaciones de diseño configuración de la estructura ............................................21
Tabla 2: Especificaciones de diseño restricción de desplazamiento .............................................21
Tabla 3: Especificaciones de diseño Amenaza sísmica del terreno ..............................................22
Tabla 4: Registro del movimiento del terreno ..............................................................................23
Tabla 5: Procedimiento de Fuerza Lateral Equivalente ................................................................24
Tabla 6: Desplazamiento de diseño ..............................................................................................25
Tabla 7: Periodo efectivo de diseño ..............................................................................................26
Tabla 8: Periodo efectivo ..............................................................................................................26
Tabla 9: Desplazamiento de diseño y desplazamiento máximo total. ..........................................27
Tabla 10: Especificaciones para el análisis cronológico ..............................................................30
Tabla 11: Comparación en los factores de modificación para los aisladores LBR ......................43
Tabla 12: Comparación en los factores de modificación para los aisladores NRB ......................43
Tabla 13: Comparación en los factores de modificación para los aisladores HDR ......................44
Tabla 14: Comparación en los factores de modificación para los aisladores de fricción .............45
Lista de Figuras
Figura 1. Sistemas de control estructural ..................................................................................... 17
Figura 2. Partes del sistema de aislamiento ................................................................................. 19
Figura 3. Edificaciones con aislamiento de base para el 2015 ................................................... 20
Figura 4 Periodo efectivo para el desplazamiento máximo ......................................................... 31
Figura 5. Desplazamiento Máximo .............................................................................................. 32
Figura 6. Desplazamiento Máximo Total .................................................................................... 34
Figura 7. Fuerza sísmica lateral por debajo del nivel base .......................................................... 35
Figura 8 Fuerza sísmica lateral por encima del nivel base ......................................................... 36
Figura 9 Fuerza sísmica lateral mínima por encima del nivel base ............................................ 36
Figura 10 Fuerza sísmica lateral inducida para el nivel 1........................................................... 37
Figura 11 Factor de distribución vertical .................................................................................... 38
Figura 12 Fuerza sísmica lateral inducida al nivel 8 .................................................................. 39
Figura 13 Desplazamiento lateral mínimo .................................................................................. 40
Figura 14 Valores por defecto para los limites superiores e inferiores de algunas .................... 41
Figura 15 Valores por defecto para los limites superiores e inferiores de algunas propiedades 42
Figura 16 Rango de variación para propiedades de aisladores (LBR) fabricados por .............. 42
Figura 17 Rango de variación para propiedades de aisladores (NRB) fabricados por
Bridgestone ................................................................................................................................... 44
Figura 18 Rango de variación para propiedades de aisladores (HDR) fabricados por
Bridgestone ................................................................................................................................... 45
Figura 19 Rango de variación para propiedades de aisladores de fricción fabricados por ........ 46
10
INTRODUCCION
Colombia es un país con un alto riesgo por actividad sísmica, debido a que está ubicado en una
zona geológicamente compleja, donde confluyen tres placas tectónicas, razón por la cual toda
estructura debe ser diseñada para resistir este tipo de solicitaciones.
Las vibraciones excesivas o prolongadas en edificaciones, pueden producir daños en elementos
estructurales y no estructurales. Estas vibraciones están determinadas por los parámetros dinámicos
(masa, rigidez y amortiguamiento), y es modificando estas características estructurales como se
minimiza la respuesta de la edificación. La disminución de la respuesta estructural es el objetivo en el
diseño sismo resistente, garantizando una adecuada resistencia, rigidez y ductilidad (Gómez,
Marulanda, & Thomson, 2008, pág. 1)
Con el fin de aportar a la solución del problema sísmico en edificaciones, en los últimos años se
han realizado investigaciones internacionales que proponen alternativas para disminuir el daño
estructural, “entre ellas los sistemas de control activo, pasivo, híbrido y semiactivo;
implementados en estructuras flexibles (rascacielos y puentes colgantes) en Japón y Estados
Unidos” (Thomson et all, 2008, pág. 1). Dichas investigaciones muestran la eficiencia de estas
técnicas en la disminución del daño estructural.
Por ende, la aislación de base, un sistema de control pasivo, se constituye en una importante
alternativa para la ingeniería estructural. De acuerdo con Gómez (2008) la aislación de base se
plantea como:
Estrategia aceptada de diseño y reforzamiento sísmico para puentes y edificios bajos y de mediana
altura. El aislamiento de la base se logra al colocar algún tipo de capa flexible entre la estructura y la
cimentación, lo que aumenta el período fundamental de la estructura y lo aleja de los períodos
predominantes del suelo. Los cojinetes (aisladores) elastómeros son el sistema más comúnmente
utilizado para el aislamiento, y en países como Italia, Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda, esta
técnica es aceptada como una estrategia de diseño y reforzamiento sismo resistente para edificios
bajos y de mediana altura (p.1.)
Sin embargo, para que esta técnica de control sismorresistente pueda incorporarse a nivel
nacional, será necesario la creación de una normativa propia para el diseño y construcción de
edificaciones con aislamiento de base. Por esta razón, el presente documento es el resultado de
11
un proceso de participación investigativa a través del desarrollo de una serie de actividades, tales
como: búsqueda de antecedentes relacionados con el aislamiento sísmico de base a nivel mundial
y Colombia, identificación de las diferencias entre las dos versiones más recientes de los códigos
americanos de aislamiento sísmico (ASCE 7-10 – ASCE 7-16),cálculos ilustrativos de algunas
diferencias relevantes entre las dos versiones más recientes de los códigos americanos,
verificación de la compatibilidad de unidades de las expresiones incorporadas en las normas
estudiadas y traducción de los comentarios concernientes al capítulo 17 de ASCE 7-16.
12
DESCRIPCION DEL PROBLEMA
Aunque ya ha trascurrido bastante tiempo desde que las técnicas de control estructural se
emplean como alternativas para disminuir los daños estructurales en edificaciones generados por
los sismos, en Colombia un país en el cual el 80 % de la población vive en zonas de amenaza
sísmica alta, el uso de esta alternativa es aún escaso. Una de las posibles razones que explica este
hecho, es la falta de una normativa propia para su diseño y construcción en el país. Los edificios
que han incorporado esta alternativa y las investigaciones que se han adelantado en el tema, se
han realizado siguiendo códigos internacionales como las normas americanas ASCE 7-10 y
FEMA 450,lo cual es cuestionable en lo que respecta a posibles incompatibilidades en criterios
de diseño para su aplicabilidad en Colombia Por tal motivo este proyecto se propone partiendo
de la necesidad de tener una normativa local que rija el diseño de edificaciones aisladas, con el
objetivo de iniciar numerosas investigaciones en el campo de la aislación sísmica. La elaboración
del borrador de aislamiento sísmico, actualmente es desarrollado por parte del sub comité AIS
700 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS), dicho documento para su
creación requiere de un extenso trabajo y apoyo.
13
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo General
o Brindar apoyo para la realización de actividades concernientes con el borrador del
documento de la futura de norma de aislamiento sísmico.
1.2 Objetivos específicos
o Identificar cambios en los criterios de diseño entre las dos versiones más recientes de los
códigos americanos (ASCE 7-10; ASCE 7-16)
o Realizar cálculos ilustrativos para chequear la consistencia de unidades en las ecuaciones
empleadas en el borrador de la futura norma de aislamiento sísmico
o Traducción de los comentarios concernientes al capítulo 17 de ASCE 7-16
14
2. JUSTIFICACION
La necesidad de esta asistencia de investigación se origina inicialmente, en la ausencia de
normativas o reglamentos técnicos locales que indiquen los requisitos que deben cumplirse para
diseños, obras y procedimientos correspondientes al uso de aislación sísmica de base en el país.
En la actualidad el uso de estas alternativas para disminuir el daño estructural de las
edificaciones, se realiza a partir de los reglamentos internacionales o no se usa por falta de
reglamentación. Por otra parte, es claro que la creación de este documento implica un extenso
conjunto de tareas que requieren el apoyo de diferentes profesionales, investigadores y
estudiantes.
El diseño sismo resistente tiene como finalidad que la energía del sismo sea disipada por medio
de daño en la estructura, donde a pesar de que muchas estructuras diseñadas símicamente no
colapsan, las pérdidas económicas son de gran magnitud, variable no contemplada en los
objetivos del comportamiento de las edificaciones frente a sismos de alta intensidad. Por las
debilidades detectadas en el comportamiento de las estructuras frente a determinados sismos, se
ha motivado a las normas y códigos sísmicos a cambiar de una forma de diseño estructural
fundamentado en la resistencia a una filosofía más eficiente y adecuada, buscando nuevas
alternativas de diseño donde no se intente combatir los sismos sino deshacerse de ellos aislando
las estructuras del terreno. Según Bonilla (2012):
El hecho de separarlas de los movimientos del suelo se realizaría mediante la introducción de
elementos flexibles entre la estructura y su cimentación. Los sistemas propuestos en los últimos años
giran sobre un mismo concepto: soportar las estructuras sobre sistemas muy flexibles lateralmente
auxiliados con mecanismos disipadores de energía. El objetivo esencial es asegurar que el valor del
periodo fundamental de vibración de la estructura se aleje del periodo dominante del sitio, de tal
forma que los niveles de fuerza y aceleración en la estructura sean reducidos significativamente.
(p.6.)
En relación con lo anterior se hace necesario el desarrollo de actividades que contribuyan al
borrador de la normativa de la aislación sísmica de base.
15
3. MARCO REFERENCIA
3.1 Antecedentes Teóricos
Para el desarrollo del proyecto fue indispensable obtener el máximo de información de trabajos
realizados y publicados, con relación al tema de sistemas de control de respuesta sísmica ante las
solicitaciones sísmicas realizados en Colombia.
Situación de las técnicas de control estructural de respuesta sísmica en Colombia
Articulo elaborada por Oviedo Andrés y Duque María en el año 2009 con el objetivo de
detectar el grado de aceptación de las técnicas de control estructural de respuesta sísmica en el
país, dirigido a miembros de la Asociación Colombiana de Ingenieros Estructurales de Antioquia
, calculistas y profesores universitarios ,donde los resultados revelan que Colombia todavía está
lejos de la vanguardia en el uso de técnicas de control de respuesta sísmica, además las
entidades y profesionales involucrados en proyectos de edificaciones desconocen estas técnicas
o desconfían de sus ventajas tanto económicas como estructurales.
Comparación del Comportamiento del Edificio Park Way 41 con y sin Aisladores Pasivos
en Bogotá Usando el Programa de Elementos Finitos -SAP 2000.
Tesis de grado realizada por Diego Alejandro Galindo en el la Universidad de la Salle en
2004, el trabajo planteaba la realización de una modelación de elementos finitos por medio del
software SAP 2000 de la edificación Park Way, siguiendo las normas Federal Emergency
Management Agency-FEMA y las normas del American Society of Civil Engineers-ASCE. Con
el objetivo de conocer los parámetros dinámicos necesarios para el modelado de aisladores de
base y determinar la incidencia de disipadores pasivos típicos ((aisladores LRB) en el
comportamiento estructural de la edificación PARK WY, la edificación estaba compuesta de 8
plantas cada una con una altura de entrepiso de 2.80 m, para una altura total de 22.4m con
sistema de pórticos y losas en una sola dirección.
16
Modelación no Lineal de una Edificación con y sin Disipadores Pasivos de Energía en
Ciudad de Bucaramanga
Tesis de grado realizada por John Aguilar y Sergio Medina en la universidad de la Salle 2014,
el trabajo presenta un modelación no lineal de una edificación con y sin disipadores de energía
BRBF en la ciudad de Bucaramanga, con el fin de estudiar y analizar el comportamiento
dinámico de la edificación, para ello se emplearon un software especializado de elementos finitos
y los lineamientos del Reglamento Norma Sismo Resistente Colombiana-NSR-10, las norma de
Federal Emergency Management Agency-FEMA y las norma del American Society of Civil
Engineers-ASCE.
Consecuencias de la Posible Aplicación a Colombia de las Normas más Actuales sobre
Aislamiento Sísmico de Edificios
Articulo elaborado por Piscal Carlos y López Francisco en el año 2016 con el objetivo de
resaltar aspectos relevantes para una futura implementación de un código de aislación sísmica
para Colombia. El articulo compara las normas de aislamiento de base de Japón, china, Italia,
Usa y Chile, y realiza un ejemplo de una edificación aislada empleando aisladores elastómericos,
donde concluyen que el seguimiento de los lineamientos de la norma americana, puede estar
generando sobrecostos que evitan que esta técnica se utilice en mayor proporción, además se
especifica que para la elaboración un código de aislación sísmica es necesario realizarla en
concordancia a la sismicidad colombiana
17
4. MARCO TEORICO
4.1 Sistemas de control estructural
Los sistemas de control estructural son métodos alternos al diseño sismorresistente convencional,
para reducir las solicitaciones de fuerzas dinámicas internas en una estructura y disminuir su
posible daño estructural, basándose en el concepto de balance de energía.
De acuerdo con Kitamura et all (citados en (Oviedo & Duque , 2006, pág. 108)) Los japoneses y
estadounidenses utilizan dos nomenclaturas diferentes de clasificación de acuerdo con el
mecanismo de funcionamiento. Los japoneses los clasifican en cuatro categorías: sistemas
aislados en la base, sistemas de absorción de energía, sistemas de efecto de masa y sistemas de
control activo mientras Los estadounidenses plantean tres categorías: sistemas aislados, sistemas
de disipación pasiva de energía y sistema de control activo ante esta diferencia a nivel
internacional se ha planteado una clasificación general: Control pasivo, control activo e hibrido y
control semiactivo como se muestran en la figura 1.
Figura 1. Sistemas de control estructural
Fuente: Oviedo & Duque.(2009) , Situacion de las Tecnicas de
Control de Respuesta Sísmica en Colombia, p.109
18
4.2 Aislación Sísmica
La aislación sísmica consiste en desacoplar horizontalmente la estructura del terreno, con la
finalidad de modificar la respuesta del edificio, este desacoplamiento horizontal se logra por
medio de dispositivos de aislación también conocidos como aisladores, los cuales son estructuras
con características elevadas de rigidez vertical y sumamente flexibles en la dirección horizontal
permitiendo grandes deformaciones horizontales que se presentan ante las solicitaciones
sísmicas, los sistemas de aislación varían de acuerdo a las necesidades del proyecto o
preferencias del diseñador
El sistema de aislación de base generalmente considera los siguientes elementos:
Unidad de Aislamiento: Un elemento estructural del sistema de aislamiento, rígido verticalmente
y flexible horizontalmente, que permite grandes deformaciones laterales bajo la carga sísmica de
diseño. Se permite usar una unidad de aislamiento como parte, o como adición, al sistema de
soporte de carga vertical de la estructura.
Interfaz de Aislamiento: Es el limite imaginario que existe entre la parte superior de la estructura,
la cual está aislada y la inferior que se mueve rígidamente con el terreno (Huanca & Meléndez ,
2016)
Sistema de Aislamiento: El conjunto de elementos estructurales que incluye todas las unidades
de aislamiento (aisladores), todos los elementos estructurales que transfieren la fuerza entre los
elementos del sistema de aislamiento y todas las conexiones a otros elementos estructurales. El
sistema de aislamiento también incluye sistemas de restricción de viento, dispositivos de
disipación de energía y/o sistemas de restricción de desplazamiento, si tales sistemas y
dispositivos son usados para alcanzar los requisitos de diseño de esta norma.
19
Figura 2. Partes del sistema de aislamiento
Fuente: Sanchez E, Meza R. citados en (Huanca & Meléndez (2016) Análisis Dinámico
Modal Espectral de una Edificación Convencional y otra con Aisladores Sismicos
a Nivel Intermedio de la Estructura en la Ciudad de Tacna, p.32)
En la actualidad existen dos tipos de aislamiento de base: aisladores elastómeros y aisladores
deslizantes
4.2.1Aisladores Elastómericos
Un aislador elastómero es un compuesto por placas de goma y acero unidas entre sí por un proceso
de vulcanización. La rigidez del apoyo es controlada por el espesor de las capas de goma. Así, mientras
más gruesas son estas capas más flexibles es el apoyo en la dirección horizontal. En cambio, la rigidez
vertical es controlada por la rigidez en planta de las placas de acero que inhibe la expansión lateral de
la goma que resulta de la presión vertical (Auqui , 2010, pág. 24)
En la actualidad existen varios tipos de aisladores elastómeros como lo son como lo son:
o Aisladores de caucho natural (NRB)
o Aisladores de caucho natural con núcleo de plomo (LRB),
o Aisladores de caucho de alta disipación de energía (HDR)
4.2.2 Aisladores de Fricción
Los aisladores de fricción poseen la característica de disipar una cantidad importante de energía,
debido a que sus ciclos de histéresis son rígidos-plásticos. Sin embargo, se producen diferencias
importantes en la respuesta al considerar las formas de las superficies en contacto. La más básica es
plana y carece de alguna fuerza de restitución, por lo que no es muy utilizada, y de serlo, se debe hacer
en conjunto con otro sistema que sea capaz de proveer el auto centrado de la estructura. Para evitar
estos problemas, se utiliza la alternativa con superficie esférica en que la respuesta se asemeja
20
a la de un péndulo, por lo que se denominan sistemas de péndulo de fricción FPS (friction pendulum
system). También existen con superficies cóncavas que de igual forma poseen una fuerza autocentrante,
pero su descripción es más compleja. (Auqui , 2010, pág. 25)
4.3 Aplicaciones de los sistemas de aislamiento
Actualmente existen numerosas edificaciones con aislamiento de base, los acercamientos al
diseño de estructuras con tecnologías no convencionales solo empezaron a presentar un mayor
desarrollo en la década de los años ochenta cuando Japón promovió el estudio e implementación
de técnicas de control de respuesta sísmica. Hoy en día Japón, estados Unidos, Italia, Nueva
Zelanda y china son los países que más han aportado al desarrollo de estas técnicas.
Por su parte los países latinoamericanos como Chile México y Argentina se han desatacado por
sus aportes al desarrollo en la técnica de aislamiento de base en edificaciones. La Universidad
Tecnológica Nacional en Mendoza fue reportada como la primera edificación con aislamiento de
base en Argentina. En chile el Hospital Militar de Santiago en la comuna Reina está catalogado
como uno de los diez mayores edificios del mundo con aisladores elastómeros
En Colombia se tiene conocimiento de algunas edificaciones con aislamiento de base, de acuerdo
con Oviedo “la clínica Imbanaco de Cali y la Universidad Autónoma de Cali” son algunos de los
primeros y pocos edificios que han implementado la aislación de base. Según (Piscal &
Almansa, 2016) para el 2015 el número de edificaciones que cuentan con aislamiento de base se
muestran a continuación
Figura 3. Edificaciones con aislamiento de base para el 2015 Fuente: Piscal & Almansa,(2016), Consecuencias de la Posible Aplicación a
Colombia de las Normas Más Actuales Sobre Aislamiento Sísmico de
Edificios, p.3
21
5. COMPARACIÓN DE LAS DIFERENCIAS ENTRE LAS NORMATIVAS ASCE
7-10 –ASCE 7-16
5.1 Configuración:
ítem relacionado con la forma global de la edificación, en términos de tamaño, altura,
proporción y ubicación de los elementos estructurales, variables determinantes para establecer si
una estructura es regular e irregular.
Tabla 1:
Especificaciones de diseño configuración de la estructura
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
Las estructuras aisladas
deberán ser diseñadas
considerando presencia de
irregularidades estructurales
en planta o en altura
Las estructuras aisladas deberán
ser diseñadas considerando
presencia de irregularidades
estructurales tanto en planta
como en alturas
En la versión ASCE 7-16 la superestructura
se clasifica como irregular solo cuando
presente irregularidades tanto en planta
como en altura, mientras en la versión
ASCE 7-10 se consideraba la
superestructura como irregular cuando
presentaba irregulares ya sea en planta o en
altura.
Fuente: los autores
5.2 Restricción de desplazamiento:
Se refiere al sistema de elementos estructurales que restringen el movimiento de estructuras
aisladas sísmicamente ante las cargas laterales no-sísmicas. Puede ser parte integral del sistema
de aislación o bien puede ser un sistema independiente de este.
Tabla 2:
Especificaciones de diseño restricción de desplazamiento
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
La restricción de desplazamiento no se
debe activar para los desplazamientos
menores a 0.75 veces el
desplazamiento máximo para el sismo
𝑀𝐶𝐸𝑅
La restricción de desplazamiento no se
debe activar para desplazamientos
menores a 0.6 veces el desplazamiento
máximo para el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅
Para ASCE 7-10 se permitía
un valor mayor a 0,6 veces
el desplazamiento máximo
para el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅
Fuente: los autores
22
5.3 Movimientos sísmicos del terreno:
5.3.1Amenaza sísmica del terreno:
Según la Asociación de Ingeniería Símica (1996), la amenaza sísmica está definida como un
“fenómeno físico asociado a un sismo, tal como el movimiento fuerte del terreno o falla del
mimo, que tiene el potencial de producir una perdida”.
Tabla 3:
Especificaciones de diseño Amenaza sísmica del terreno
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
Los procedimientos del capítulo 21 para calcular
los movimientos sísmicos del terreno están
permitidos para su uso en algunas estructuras.
Para estructuras aisladas en Sitios Clase F, el
análisis de respuesta del sitio deberá ser realizado
de acuerdo con la Sección 21.1. Para estructuras
asiladas en sitios S1 con movimientos del terreno
mayores o iguales a 0.6 deberán ser realizadas de
acuerdo con la sección 21.1. la estructura que no
requiera los movimientos del sitio en específico
podrá ser analizada usando el espectro de diseño
para el sismo desarrollado de acuerdo con la
sección 11.4.5.
El espectro para el movimiento del terreno 𝑀𝐶𝐸𝑅
no se podrá tomar menor a 1.5 veces el espectro
de diseño para los movimientos sísmicos del
terreno.
Los requisitos del espectro de
respuesta para el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅 estipulados en las secciones
11.4.5 y 11.4.6 pueden ser
empleados para determinar el
espectro de respuesta en el sitio de
interés para este mismo sismo.
Los procedimientos para
determinar los movimientos del
terreno de un sitio específico
expuestos en el Capítulo 21
también se pueden emplear en el
caso de estructuras aisladas. Para
estructuras aisladas en Sitios
Clase F, el análisis de respuesta
del sitio deberá ser realizado de
acuerdo con la Sección 21.1.
En ASCE 7-16 se
eliminan aspectos
como: Si S1>0.6 se
requiere un análisis de
amenaza del
movimiento del terreno
según 21.2. Además,
no se menciona
directamente que el
espectro para el
movimiento del terreno
del 𝑀𝐶𝐸𝑅 no debe ser
<1.5 veces el espectro
para los movimientos
sísmicos de diseño del
terreno.
Fuente: los autores
5.4 Registros del movimiento del terreno
Para evaluar la amenaza sísmica de una zona hay que conocer previamente la sismicidad de las
misma y esta última está definida por parámetros que caracteriza los fenómenos sísmicos. Los
parámetros más comunes son los de localización y tamaño de un sismo, tales como. Magnitud,
momento, intensidad, aceleración, velocidad y desplazamiento del suelo (Garzón , 2011, pág. 21)
23
Tabla 4:
Registro del movimiento del terreno
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
Cuando se empleen procedimientos
de análisis de respuesta, los
movimientos del terreno deberán
consistir en pares apropiados.
Para los componentes de
aceleración de movimiento
horizontal del terreno se desarrollan
por la sección 16.1.3.2 excepto para
0.2 T and 1.5 T deberán ser
remplazados por 0.5 𝑇𝐷 and 1.25
𝑇𝑀 respectivamente, cuando 𝑇𝐷 Y
𝑇𝑀sean definidos por la sección
17.5.
Cuando se empleen procedimientos de análisis
cronológico de respuesta, los movimientos del
terreno para el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅 deberán consistir de no
menos de siete pares de componentes de
aceleración horizontal seleccionados y escalados de
eventos registrados individualmente que tengan
magnitudes, distancia a la falla y mecanismo de
fuente que sean consistentes con aquellos que
controlan el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅. Se permite igualar la
amplitud o el espectro (Spectral Matching) para
escalar los movimientos del terreno. Cuando el
número requerido de pares de movimientos del
terreno no esté disponible, se permite usar pares
simulados de movimiento del terreno para
completar dicho requerimiento.
Para cada par de componentes de movimiento
horizontal del terreno, se deberá construir un
espectro de la raíz cuadrada de la suma de los
cuadrados (SRSS), tomando la SRSS de la
respuesta espectral amortiguada al 5% para las
componentes escaladas (cuando se use escalamiento
por amplitud, el mismo factor de escala deberá ser
aplicado para ambas componentes de un mismo
par). Cada par de movimientos deberá ser escalado
de modo que en el rango de periodos desde 0.75
𝑇𝑀, determinado empleando el límite superior de
las propiedades del sistema de aislamiento, a 1.25
𝑇𝑀, determinado empleando el límite inferior de las
propiedades del sistema de aislamiento, el promedio
de los espectros SRSS de todos los pares de
componentes horizontales no debe ser inferior a la
correspondiente ordenada del espectro de respuesta
empleado en el diseño (𝑀𝐶𝐸𝑅), determinado de
acuerdo con la sección 11.4.6 ó 11.4.7.
Para registros que son escalados espectralmente,
cada par de movimientos deberá ser escalado de
modo que el rango de periodos de 0.2 𝑇𝑀,
determinado empleando el límite superior de las
propiedades, a 1.25 𝑇𝑀, determinado empleando el
límite inferior de las propiedades, el espectro de
respuesta de una componente del par es por lo
menos el 90% de la correspondiente ordenada del
espectro de respuesta empleado en el diseño,
determinado de acuerdo con la Sección 11.4.6 ó
11.4.7. del terreno individuales, se conserven
después de que el proceso de igualación ha sido
completado.
La sección 17.3.3
de la ASCE 7-16 se
consideran
totalmente nuevas,
y expanden los
requisitos
establecidos en el
ASCE 7-10 17.3.2.
24
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
En sitios dentro de 5 km de la falla activa que
controla la amenaza, cada par de componentes
deberá ser rotada a las direcciones normal y
paralela a la falla causante y deberán ser escaladas
de modo que el espectro promedio de las
componentes
normales a la falla no sea menor que el espectro del
𝑀𝐶𝐸𝑅 y el espectro promedio de las componentes
paralelas a la falla no sea menor que el 50% del
espectro del 𝑀𝐶𝐸𝑅 para el rango de periodos 0.2
𝑇𝑀, determinado empleado el límite superior de las
propiedades, a 1.25 𝑇𝑀, determinado empleando el
límite inferior las propiedades.
Fuente: los autores
5.5 Procedimiento de fuerza lateral equivalente
El método estático equivalente es una simplificación de diseño para el análisis de la fuerza
sísmica que afecta la estructura al presentarse un sismo; consistiendo en una fuerza lateral que se
distribuye uniformemente en la altura de cada eje principal de las estructuras al ser diseñada. El
cortante basal es la fuerza total sísmica que se encuentra en la base de la estructura. (Centeno &
Pérez, 2017, pág. 20)
Tabla 5:
Procedimiento de Fuerza Lateral Equivalente
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
El procedimiento de fuerza
lateral equivalente de la
sección 17.5 será permitido
usarse para estructuras que
cumplan con:
1. La estructura está
localizada en sitios
S1 con 0.60 g
2. La estructura está
localizada en sitio
clase A, B, C o D
3. El periodo efectivo
de la estructura
aislada 𝑻𝑴,
Esos requerimientos deben evaluarse de forma
independiente para los límites superiores e inferiores
de las propiedades del sistema de aislamiento, y los
requisitos más restrictivos deben ser usados.
1. La estructura está localizada en sitio clase A, B,
C o D
2. El periodo efectivo de la estructura aislada
máximo desplazamiento, 𝐷𝑀 , es menor o igual a
5.0 s.
3. La estructura por encima de la interfaz de
aislamiento es menor o igual a cuatro pisos o 19.8
m de altura medida desde el nivel base (encima
de la interfaz de aislamiento).
Se elimina el
requisito de
estructuras
localizadas en sitio
S1 y aceleración
menor a 0.6g. Los
requisitos son más
exigentes para la
metodología de la
ASCE 7-10
25
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
para el máximo
desplazamiento, es
menor o igual a 3.0 s
4. El periodo efectivo
de la estructura
aislada 𝑇𝑀 es mayor
que tres veces el
periodo elástico de la
superestructura
asumiendo que esta
tiene base fija. El
sistema de aislación
está determinado por
las E.c 12.8-7 o 12.8-
8
4. La estructura por encima de la interfaz de
aislamiento es menor o igual a cuatro pisos o 19.8
m de altura medida desde el nivel base (encima de
la interfaz de aislamiento).
5. El amortiguamiento efectivo del sistema de
aislamiento en el desplazamiento máximo, 𝐷𝑀, es
menor o igual al 30%.
6.
7. El periodo efectivo de la estructura aislada TM
es mayor que tres veces el periodo elástico de la
superestructura asumiendo que esta tiene base
fija.
EXCEPCION: Se permite exceder el anterior
límite, si no hay tensión o
levantamiento en los aisladores.
Fuente: los autores
5.6 Desplazamiento de diseño
Se refiere al máximo desplazamiento lateral requerido para el diseño del sistema de aislamiento.
Se excluyen desplazamientos adicionales causados por torsión inherente y accidental. El
desplazamiento máximo se calcula de forma independiente para los límites superiores e
inferiores de las propiedades del sistema de aislamiento (borrador)
Tabla 6:
Desplazamiento de diseño
ASCE 7-10 Comentario
El sistema de aislamiento deberá ser diseñado y
construido para resistir como mínimo el
desplazamiento lateral mínimo del sismo 𝐷𝐷, para
la dirección más crítica de la respuesta horizontal
calculada empleando la ecuación (17.5-1)
𝐷𝐷 =𝑔𝑆𝐷1∗𝑇𝐷
4𝜋2𝐵𝐷
Donde:
g= Aceleración de la gravedad (mm/s)
El desplazamiento de diseño en la
ASCE 10 era calculado con el
desplazamiento mínimo causado por el
sismo, para la versión ASCE 16 se
elimina completamente el concepto de
desplazamiento de diseño y ahora todo
se calcula con desplazamientos
máximos
26
ASCE 7-10 Comentario
𝑆𝐷1= 5% del amortiguamiento de aceleración
espectral para un periodo de 1 segundo mm/s – s
𝑇𝐷= Periodo efectivo de la estructura aislada, para e
desplazamiento de diseño en la dirección bajo
consideración (s)
𝐵𝐷= Coeficiente numérico de la relación efectiva
del amortiguamiento del sistema de aislación para
el desplazamiento de diseño
Fuente: los autores
5.7 Periodo efectivo del desplazamiento de diseño
Corresponde al tiempo que se requiere para completar un ciclo de vibración para el
desplazamiento de diseño
Tabla 7:
Periodo efectivo de diseño
ASCE 7-10 Comentario
El periodo efectivo de la estructura aislada para un
desplazamiento de diseño 𝑇𝐷 , deberá determinarse
usando las características de deformación del sistema de
aislación y la ec 17.5-2
Como se eliminó el concepto de
desplazamiento mínimo esto tampoco
aparece en la ASCE 16
Fuente: los autores
5.8 Periodo efectivo para el máximo desplazamiento
Corresponde al tiempo que se requiere para completar un ciclo de vibración para el máximo
desplazamiento de diseño
Tabla 8:
Periodo efectivo
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
El periodo efectivo de la estructura aislada
𝑇𝑀, deberá ser determinado
empleando las características de
deformación del sistema de aislación
𝑇𝑀 = 2𝜋√𝑊
𝑘𝑀𝑚𝑖𝑛𝑔 (17.5-2)
.
El periodo efectivo de la
estructura aislada, 𝑇𝑀, para el
desplazamiento máximo, 𝐷𝑀,
deberá ser determinado
empleando los limites superiores
e inferiores de las características
de deformación del sistema de
aislamiento junto con la ecuación
Ec. (17.5-2):
En ASCE 7-16 se modifica
la definición de 𝐾𝑀𝑖𝑛 por 𝐾𝑀
donde 𝐾𝑀 considera las
propiedades del límite
inferior y superior de las
propiedades del sistema de
aislamiento
27
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
Donde
W= Peso sísmico efectivo de la
superestructura como se define en la Sección
12.7.2;
𝐾𝑀𝑖𝑚= Rigidez efectiva mínima [ (kN/mm)]
del sistema de aislamiento para el
desplazamiento máximo, en la dirección
horizontal en consideración, según lo
prescrito por la Ec. (17.8-6);
g= Aceleración debida a la gravedad
[(mm/s²)] si las unidades del desplazamiento
𝐾𝑀= están en kip/in (kN/mm).
𝑇𝑀 = 2𝜋√𝑊
𝑘𝑀𝑔 (17.5-2)
Donde
W= Peso sísmico efectivo de la
superestructura como se define en
la Sección 12.7.2;
𝐾𝑀=Rigidez efectiva [ (kN/mm)]
del sistema de aislamiento para el
desplazamiento máximo, DM,
según lo prescrito por la Ec.
(17.2-3);
g= Aceleración debida a la
gravedad [(mm/s²)] si las
unidades del desplazamiento
𝐾𝑀= Están en (kN/mm).
Fuente: los autores
5.9 Desplazamiento máximo Total
El máximo desplazamiento lateral total, incluyendo desplazamientos adicionales causados por
torsión inherente y accidental, requerido para la verificación de la estabilidad del sistema de
aislamiento o de sus elementos constituyentes, del diseño de las separaciones de la estructura y
de los ensayos ante carga vertical de prototipos de unidades de aislamiento. El desplazamiento
máximo total se calcula de forma independiente para los límites superiores e inferiores de las
propiedades del sistema de aislamiento.
Tabla 9:
Desplazamiento de diseño y desplazamiento máximo total.
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
El desplazamiento total de diseño 𝐷𝑇𝐷 y El
desplazamiento máximo total, 𝐷𝑇𝑀, de los
elementos del sistema de aislamiento deberán
incluir el desplazamiento adicional ocasionado
por la torsión real y accidental calculada a
partir de la distribución espacial de la rigidez
lateral del sistema de aislamiento y la
ubicación más desfavorable de la masa
excéntrica.
El desplazamiento máximo total,
𝐷𝑇𝑀, de los elementos del sistema
de aislamiento deberá incluir el
desplazamiento adicional
ocasionado por la torsión real y
accidental calculada a partir de la
distribución espacial de la rigidez
lateral del sistema de aislamiento y
la ubicación más desfavorable
El cálculo de los efectos
torsionales cambia
significativamente
Cambia
significativamente
agregando parámetros
para determinar 𝐷𝑀 de
los aisladores. diferencia
de simplemente 𝐷𝑀.
28
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
El desplazamiento de diseño total 𝐷𝑇𝐷y el
desplazamiento máximo total, 𝐷𝑇𝑀, de los
elementos de un sistema de aislamiento no
deberá ser considerado menor que lo prescrito
por la Ec. (17.5-5) and 17.5-6:
𝐷𝑇𝐷 = 𝐷𝐷 [1 + 𝑦 +12𝑒
𝑏2+𝑑2] (17.5-5)
𝐷𝑇𝑀 = 𝐷𝐷 [1 + 𝑦 +12𝑒
𝑏2+𝑑2] (17.5-5)
Donde:
𝐷𝐷 = Desplazamiento de diseño en el
centro de rigidez del sistema de
aislamiento en la dirección en
consideración según lo prescrito por la e.c
17.5-1
𝐷𝑀 = Desplazamiento máximo en el
centro de rigidez del sistema de
aislamiento en la dirección en
consideración según lo prescrito por la e.c
17.5-3
𝑦= la distancia [in (mm)] entre el centro
de rigidez del sistema de aislamiento y el
elemento de interés, medida perpendicular
a la dirección de la carga sísmica en
consideración;
𝑒= la excentricidad real medida en planta
entre el centro de masa de la estructura
sobre la interfaz de aislamiento y el centro
de rigidez del sistema de aislamiento, más
una excentricidad accidental [ft (mm)]
tomada como el 5% de la mayor
dimensión de la estructura en planta
perpendicular a la dirección de la fuerza
en consideración;
𝑏= la menor dimensión en planta de la
estructura (ft (mm)) medida perpendicular
a d;
de la masa excéntrica. El
desplazamiento máximo total, 𝐷𝑇𝑀,
de los elementos de un sistema de
aislamiento no deberá ser
considerado menor que lo prescrito
por la Ec. (17.5-3):
𝐷𝑇𝑀 = 𝐷𝑀 [1 + (𝑦
𝑃𝑇2)12𝑒
𝑏2+𝑑2]
(17.5-3)
Donde:
𝐷𝑀 = Desplazamiento máximo
en el centro de rigidez del
sistema de aislamiento en la
dirección en consideración
según lo prescrito por la e.c
17.5-3
𝑦= la distancia [in (mm)] entre
el centro de rigidez del sistema
de aislamiento y el elemento de
interés, medida perpendicular a
la dirección de la carga sísmica
en consideración;
𝑒= la excentricidad real medida
en planta entre el centro de masa
de la estructura sobre la interfaz
de aislamiento y el centro de
rigidez del sistema de
aislamiento, más una
excentricidad accidental [ft
(mm)] tomada como el 5% de la
mayor dimensión de la
estructura en planta
perpendicular a la dirección de
la fuerza en consideración
𝑏= la menor dimensión en
planta de la estructura (ft (mm))
medida perpendicular a d;
d = mayor dimensión en planta
de la estructura [mm], medida
de forma perpendicular a b.
en función de la
excentricidad de la masa,
geometría de la
estructura y distribución,
Además, ahora se está
definiendo 𝐷𝑇𝑀.
29
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario
d = mayor dimensión en planta de la
estructura [mm], medida de forma
perpendicular a b.
El desplazamiento de diseño DTD, y el
desplazamiento máximo total DTM,
pueden tomarse como valeres menores a
los prescritos 17.5-5 y 17.5-6,
respectivamente, pero no deberá ser
considerado menor de 1.15 veces DM y
DT. respectivamente, siempre que se
demuestre que el sistema de aislamiento
está configurado para resistir la torsión en
accidental
𝑃𝑇 = relación entre el periodo
traslacional efectivo y el periodo
torsional efectivo del sistema de
aislamiento, calculado por
medio de un análisis dinámico o
como lo prescribe sin necesidad
de considerarse menor que 1.0.
Donde:
𝑃𝑇 =1
𝑛√
∑ (𝑥2𝑖 + 𝑦2
𝑖) 𝑛𝑖=1
𝑁
𝑋𝑖,𝑋𝑖= distancias horizontales [ft
(mm)] desde el centro de masa
al i-ésimo aislador, en los dos
ejes horizontales del sistema de
aislamiento;
N= número de aisladores;
𝑟𝑖= radio de giro del sistema de
aislamiento [ft (mm)], el cuál es
igual a (𝑏2+𝑑2
12)
1
2 para sistemas de
aislamiento con dimensiones
rectangulares en planta, b x d
El desplazamiento máximo total,
DTM, no deberá ser considerado
menor de 1.15 veces DM.
Fuente: los autores
30
5.9 Procedimiento de análisis cronológico
Este procedimiento corresponde a un análisis de historia de respuesta en el tiempo para registros
sintéticos o reales característicos de la sismicidad de la zona de localización de la estructura.
Tabla 10:
Especificaciones para el análisis cronológico
ASCE 7-10 ASCE 7-16 Comentario Los parámetros de interés deberán ser
calculados para cada movimiento del terreno
usando un análisis dinámico cronológico. Si
se usan para el análisis dinámico
cronológico 7 o más pares del movimiento
del terreno, será permitido usar el valor
promedio del parámetro de interés para el
diseño, si se usan menos de 7 pares para el
análisis será permite usar el máximo valor
para el diseño (ACE 7-10)
Los parámetros de interés deben
calcularse para cada movimiento
del terreno utilizado en el análisis
dinámico cronológico, y el valor
promedio del parámetro de
respuesta de interés debe
emplearse para el diseño.
Para los sitios identificados como
cercanos a la falla, cada par de
componentes de movimiento
horizontal debe ser rotado a la
dirección normal y paralela de las
fallas causativas y deben ser
aplicadas al edificio en tal
orientación.
Para todos los demás sitios, los
pares individuales de
componentes de movimiento
horizontal del terreno no
necesitan aplicarse en múltiples
orientaciones.
En ASCE 7-10 se permitía
usar 3 o 7 registros y tomar
el máximo o promediar. En
la nueva versión no se
especifica claramente el
numero
Fuente: los autores
31
6. REVISIÓN DE CONSISTENCIA EN UNIDADES DE LAS ECUACIONES
EMPLEADAS EN EL BORRADOR DE LA NORMA DE AISLAMIENTO
SÍSMICO
Para la verifican de unidades de las ecuaciones empleadas en el borrador de la norma se empleó
el programa Mathcad.
6.1 Periodo efectivo para el desplazamiento máximo:
𝑻𝑴 = 𝟐𝝅 ∗ √𝒘
𝑲𝑴𝒈
𝟐
Donde:
𝑻𝑴= Perdido efectivo para el desplazamiento máximo [S]
𝑾= Peso sísmico efectivo de la superestructura [KN]
𝑲𝑴=rigidez efectiva del sistema de aislamiento [ kN/mm]
𝒈 = Aceleración debida a la gravedad [mm/s²] si las unidades de la rigidez efectiva están en
[kN/mm].
Figura 4 Periodo efectivo para el desplazamiento máximo
Fuente: Autores
32
6.2 Desplazamiento Máximo
𝐷𝑀 =𝑔𝑆𝑀1𝑇𝑀
4𝜋2𝐵𝑀
Donde:
𝑫𝑴 = Desplazamiento Máximo [mm]
𝒈 = aceleración debida a la gravedad [mm/s²] si las unidades del desplazamiento 𝐷𝑀 están en
[mm]
𝑺𝑴𝟏= aceleración espectral para un periodo de 1 segundo para el sismo 𝑀𝐶𝐸𝑅 y 5%
amortiguamiento en unidades de [g-sec,]
𝑻𝑴= periodo efectivo de la estructura aislada sísmicamente, para el desplazamiento 𝐷𝑀 en la
dirección en consideración [S]
𝑩𝑴= coeficiente numérico según lo establecido en la Tabla 17.5-1 para el amortiguamiento
efectivo del sistema de aislamiento βM para el desplazamiento 𝐷𝑀 [-]
Figura 5. Desplazamiento Máximo
Fuente: Autores
33
6.3 Desplazamiento máximo total
𝐷𝑇𝑀 = 𝐷𝑀 [1 + (𝑦
𝑃𝑇2)
12𝑒
𝑏2 + 𝑑2]
Donde:
𝑫𝑻𝑴= Desplazamiento máximo total [mm]
𝑫𝑴 = Desplazamiento Máximo [mm]
𝒚= la distancia entre el centro de rigidez del sistema de aislamiento y el elemento de interés,
medida perpendicular a la dirección de la carga sísmica en consideración [mm]
𝒆= la excentricidad real medida en planta entre el centro de masa de la estructura sobre la
interfaz de aislamiento y el centro de rigidez del sistema de aislamiento, más una excentricidad
accidental tomada como el 5% de la mayor dimensión de la estructura en planta perpendicular a
la dirección de la fuerza en consideración [mm]
𝐝 = mayor dimensión en planta de la estructura, medida de forma perpendicular a b [mm].
𝒃= la menor dimensión en planta de la estructura medida perpendicular a d [mm]
𝑷𝑻 = relación entre el periodo traslacional efectivo y el periodo torsional efectivo del sistema de
aislamiento, calculado por medio de un análisis dinámico. [-]
34
Figura 6. Desplazamiento Máximo Total
Fuente: Autores
6.4 Fuerza sísmica lateral debajo del nivel base
𝑉𝑏 = 𝐾𝑀 ∗ 𝐷𝑀
Donde:
𝑽𝒃= Fuerza sísmica lateral debajo del nivel base [kN]
𝑲𝑴=rigidez efectiva del sistema de aislamiento [ kN/mm]
𝑫𝑴 = Desplazamiento Máximo [mm]
35
Figura 7. Fuerza sísmica lateral por debajo del nivel base
Fuente: Autores
6.5 Fuerza lateral sísmica por encima del nivel base
𝑉𝑠𝑡 = 𝑉𝑏 (𝑊𝑠
𝑊)
(1−2.5𝛽𝑀)
Donde:
𝑽𝒔𝒕= Fuerza lateral por encima del nivel base [kN]
𝑾= peso sísmico efectivo [kN] de la superestructura
𝑾𝒔= peso sísmico efectivo [kN] de la superestructura, excluyendo el peso sísmico efectivo [kN]
del nivel base.
𝑽𝒃= Fuerza sísmica lateral debajo del nivel base [kN]
𝑩𝑴= coeficiente numérico según lo establecido en la Tabla 17.5-1 para el amortiguamiento
efectivo del sistema de aislamiento βM para el desplazamiento DM [-]
36
Figura 8 Fuerza sísmica lateral por encima del nivel base
Fuente: Autores
6.6 Fuerza cortante mínima por encima del nivel base
𝑉𝑠 =𝑉𝑠𝑡
𝑅𝑖
Donde:
𝑽𝒔= Fuerza lateral mínima ´por encima del nivel base [kN]
𝑽𝒔𝒕= Fuerza lateral mínima [kN]
𝑹𝒊= coeficiente numérico relacionado con el tipo de sistema estructural resistente a fuerzas
sísmicas de la superestructura [-]
Figura 9 Fuerza sísmica lateral mínima por encima del nivel base
Fuente: Autores
37
6.7 Fuerza lateral inducida al nivel 1
𝐹1 =(𝑉𝑏 − 𝑉𝑠𝑡)
𝑅𝑖
Donde:
𝑭𝟏= fuerza sísmica lateral inducida al nivel 1, nivel base [kN]
𝑽𝒃= Fuerza sísmica lateral debajo del nivel base [kN]
𝑽𝒔𝒕= Fuerza lateral por encima del nivel base [kN]
𝑹𝒊= Coeficiente numérico relacionado con el tipo de sistema estructura [-]
Figura 10 Fuerza sísmica lateral inducida para el nivel 1
Fuente: Autores
38
6.8 Factor de Distribución Vertical
𝐶𝑣𝑥 =𝑤𝑥ℎ𝑥
𝑘
∑ 𝑤𝑖ℎ𝑖𝑘𝑛
𝑖=2
Donde:
𝑪𝑽𝑿= factor de distribución vertical [-]
𝑾𝒊= Masa localizada en nivel i [KN]
𝑾𝒙= Masa localizada en el nivel x [KN]
𝒉𝒊= Altura medida desde la base para el nivel i [m]
𝒉𝒙= altura medida desde la base para e nivel x [m]
K= Exponente relacionado con el periodo fundamental de la estructura [-]
Figura 11 Factor de distribución vertical
Fuente: Autores
39
6.9 Fuerza lateral inducida x>1
𝐹𝑥 = 𝐶𝑣𝑥𝑉𝑠
Donde:
𝑭𝑿=fuerza sísmica lateral inducida al nivel x, x>1[ kN]
𝑪𝑽𝑿= factor de distribución vertical [-]
𝑽𝒔= fuerza de diseño sísmica lateral total o cortante sobre los elementos de la superestructura
[kN]
Figura 12 Fuerza sísmica lateral inducida al nivel 8
Fuente: Autores
6.9 Desplazamiento mínimo
D´M =DM
√1 + (T
TM)2
Donde:
𝐃´𝐌=
𝐃𝐌= Desplazamiento máximo [mm] en el centro de rigidez del sistema de aislamiento en la
dirección bajo consideración
𝐓= Periodo elástico (s) de la superestructura, con base fija, incluyendo el coeficiente Cu cuando
se emplean las fórmulas de periodo aproximado para el cálculo del periodo fundamental;
40
𝐓𝐌= Periodo efectivo (s) de la estructura aislada sísmicamente, bajo el desplazamiento DM, en la
dirección bajo consideración
Figura 13 Desplazamiento lateral mínimo
Fuente: Autores
7. CHEQUEO DEL FACTOR 𝝀 , VALORES NOMINALES PROPORCIONADOS
POR LA ASCE Y CATÁLOGO DE BRIDGESTONE
λmax = (1 + (0.75 x (λ(ae,max) − 1))) x λ(test,max) x λ(spec,max) ≥ 1.8
λmin = (1 − (0.75 x (1 − λ(ae,min)))) x λ(test,min) x λ(spec,min) ≤ 0.6
Donde
𝛌(𝐚𝐞 𝐦𝐚𝐱) =factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor máximo de la
propiedad de interés del aislador, usado para considerar los efectos de envejecimiento y
condiciones ambientales.
𝛌(𝐚𝐞 𝐦𝐢𝐧) = factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor mínimo de la
propiedad de interés del aislador, usado para considerar los efectos de envejecimiento y
condiciones ambientales
𝛌(𝐭𝐞𝐬𝐭, 𝐦𝐚𝐱) = factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor máximo de la
41
propiedad de interés del aislador, usado para considerar los efectos de calentamiento,
velocidad de carga y scragging.
𝛌(𝐭𝐞𝐬𝐭, 𝐦𝐢𝐧) = factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor mínimo de la
propiedad de interés del aislador, usado para considerar los efectos de calentamiento,
velocidad de carga y scragging.
𝝀(𝒔𝒑𝒆𝒄,𝒎𝒂𝒙)= factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor máximo de la
propiedad de interés del aislador, usado para considerar la variación permisible de la
fabricación sobre las propiedades promedio de un grupo de aisladores del mismo tamaño.
𝝀(𝒔𝒑𝒆𝒄,𝒎𝒊𝒏)= factor de modificación de propiedad para el cálculo del valor mínimo de la
propiedad de interés del aislador, usado para considerar la variación permisible de la
fabricación sobre las propiedades promedio de un grupo de aisladores del mismo tamaño.
7.1 Aisladores de caucho Natural con Núcleo de Plomo (LBR):
Figura 14. Valores por defecto para los limites superiores e inferiores de algunas
propiedades para los aisladores de fabricación desconocida
Fuente: American Society of Civil Engineers Civil (ASCE 7 -16)
42
Figura 15. Valores por defecto para los limites superiores e inferiores de algunas propiedades
para los aisladores de fabricación de calidad
Fuente: American Society of Civil Engineers Civil (ASCE 7 -16)
Figura 16. Rango de variación para propiedades de aisladores (LBR) fabricados por
Bridgestone
Fuente: Catálogos Bridgestone
Calculo del coeficiente λ de modificación calentamiento velocidad de carga y scraggin
λ(PM,max) = (1 + (0.75 x (λ(ae,max) − 1))) x λ(test,max)
λ(PM,min) = (1 − (0.75 x (1 − λ(ae,min)))) x λ(test,min)
Bridgestone Kd
λ(PM,max) = (1 + (0.75 x (1,1 − 1))) x 1 = 1,08
λ(PM,min) = (1 − (0.75 x (1 − 1))) x 1 = 0,85
43
ASCE fabricadores desconocidos Kd
λ(PM,max) = (1 + (0.75 x (1,3 − 1))) x 1,3 = 1,59
λ(PM,min) = (1 − (0.75 x (1 − 1))) x 0,9 = 0,90
ASCE fabricadores de calidad Kd
λ(PM,max) = (1 + (0.75 x (1,1 − 1))) x 1 = 1,11
λ(PM,min) = (1 − (0.75 x (1 − 1))) x 1 = 0,98
Factor de fabricación λ(max−min)
λ(max) = λ(PM,max)λ(spec,max)
λ(min) = λ(PM,min)λ(spec,min)
Bridgestone Kd
λ(max) = 1,08 ∗ 1,15 = 1,24
λ(min) = 1 ∗ 0,85 = 1,85
ASCE fabricadores desconocidos Kd
λ(max) = 1,59 ∗ 1,15 = 1,83
λ(min) = 0,9 ∗ 0,85 = 0,77
ASCE fabricadores de calidad Kd
λ(max) = 1,11 ∗ 1,15 = 1,27
λ(min) = 0,98 ∗ 0,85 = 0,83
44
Tabla 11:
Comparación en los factores de modificación para los aisladores LBR Bridgestone Bridgestone ASCE
C.17.2-6 ASCE
C.17.2-6 ASCE
C.17.2-7 ASCE
17.2-7
Propiedad Kd Qd kd Qd k2 Qd
Edad 1,1 1 1,3 1 1,1 1,0
Contaminación 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
ae, max 1,1 1,0 1,3 1,0 1,1 1,0
ae, min 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Todos los efectos cíclicos, superior 1 1 1,3 1,6 1,03 1,3
Todos los efectos cíclicos, inferior 1 1 0,9 0,9 0,98 0,95
test, max 1,0 1,0 1,3 1,6 1,0 1,3
test, min 1,0 1,0 0,9 0,9 1,0 1,0
, (PM, max) 1,08 1,00 1,59 1,60 1,11 1,30
, (PM, min) 1,00 1,00 0,90 0,90 0,98 0,95
spec max 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
spec min 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
max 1,24 1,15 1,83 1,84 1,27 1,50
min 0,85 0,85 0,77 0,77 0,83 0,81
Fuente: Autores
7.2 Aisladores de caucho Natural (NRB):
Figura 17. Rango de variación para propiedades de aisladores (NRB) fabricados por Bridgestone
Fuente: Catálogos Bridgestone
Tabla 12:
Comparación en los factores de modificación para los aisladores NRB Bridgestone ASCE C.17.2-6 ASCE 17.2-7
Propiedad Kh k k
Edad 1,1 1,3 1,1
Contaminación 1,0 1,0 1,0
ae, max 1,1 1,3 1,1
ae, min 1,0 1,0 1,0
Todos los efectos cíclicos, superior 1 1,3 1,03
Todos los efectos cíclicos, inferior 1 0,9 0,98
test, max 1,0 1,3 1,0
45
Bridgestone ASCE C.17.2-6 ASCE 17.2-7
test, min 1,0 0,9 0,98
, (PM, max) 1,08 1,59 1,11
, (PM, min) 1,00 0,90 0,98
spec max 1,15 1,15 1,15
spec min 0,85 0,85 0,85
max 1,24 1,83 1,27
min 0,85 0,77 0,83
Fuente: Autores
7.3 Aisladores de caucho de alta disipación de energía (HDR):
Figura 18. Rango de variación para propiedades de aisladores (HDR) fabricados por Bridgestone
Fuente: Catálogos Bridgestone
Tabla 13:
Comparación en los factores de modificación para los aisladores HDR Bridgestone ASCE
C.17.2-6 ASCE
C.17.2-6 ASCE
17.2-7 ASCE
17.2-7
Propiedad Keq kd Qd kd Qd
Edad 1,1 1,4 1,3 1,2 1,2
Contaminación 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
ae, max 1,1 1,4 1,3 1,2 1,2
ae, min 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Todos los efectos cíclicos, superior 1 1,5 1,3 1,3 1,5
Todos los efectos cíclicos, inferior 1 0,9 0,9 0,95 0,95
test, max 1,0 1,5 1,3 1,3 1,5
test, min 1,0 0,9 0,9 1,0 1,0
, (PM,max) 1,08 1,95 1,59 1,50 1,73
, (PM,min) 1,00 0,90 0,90 0,95 0,95
spec max 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15
46
Bridgestone ASCE C.17.2-6
ASCE C.17.2-6
ASCE 17.2-7
ASCE 17.2-7
spec min 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
max 1,24 2,24 1,83 1,72 1,98
min 0,85 0,77 0,77 0,81 0,81
Fuente: Autores
7.4 Aisladores de fricción (deslizantes)
Figura 19. Rango de variación para propiedades de aisladores de fricción fabricados por
Bridgestone
Fuente: Catálogos Bridgestone
Tabla 14:
Comparación en los factores de modificación para los aisladores de fricción Bridgestone ASCE 17.2-7
Propiedad K1 K2
Edad 1,16 1,0
Contaminación 1,0 1,0
ae, max 1,2 1,0
ae, min 1,0 1,0
Todos los efectos cíclicos, superior 1 1
Todos los efectos cíclicos, inferior 1 1
test, max 1,0 1,0
test, min 1,0 1,0
, (PM, max) 1,12 1,00
, (PM, min) 1,00 1,00
spec max 1 1
spec min 1 1
max 1,12 1,00
min 1,00 1,00
Fuente: Autores
47
8. TRADUCCIÓN DEL COMENTARIO ASCE-17
8.1 Comentario capítulo 17, Requisitos de Diseño Sísmico para Edificaciones Aisladas
Sísmicamente
C17.1. General
Aislamiento sísmico, también denominado como aislamiento de base comúnmente utilizado en la
base de estructuras de edificaciones (Edificios), es un método de diseño usado para desacoplar la
estructura como respuesta a los movimientos sísmicos con potencial de daño a elementos
horizontales. Este desacoplamiento puede resultar como una respuesta significativa al reducir el
daño respecto a una estructura de base fija de un edificio.
El daño significativo de edificios e infraestructuras seguido de grandes terremotos, en las últimas
tres décadas ha generado un desarrollo rápido en las tecnologías de aislación sísmica y desarrollo
de directrices enfocadas al diseño y construcción de edificaciones y puentes aisladas símicamente
en los Estados Unidos, así como pruebas estandarizadas de elementos de aislamiento.
Los Requisitos de diseño para edificaciones aisladas sísmicamente fueron reglamentados por
primera vez en 1991 en los Estados Unidos como un apéndice del Uniform Building Code) basados
en los “Requisitos generales para el diseño y construcción de edificaciones aisladas sísmicamente”
desarrollados por la Asociación de Ingenieros Estructurales del comité de sismología del estado
de California. En los años siguientes, estas disposiciones se han desarrollado en dos líneas
paralelas dentro de los requisitos de diseño del capítulo 17 de la norma ASCE/SEI7 y los requisitos
de reforzamiento de la sección 9.2 Reforzamiento Sísmico de Edificaciones existentes
ASCE/SEI 41. Los métodos de diseño y análisis de ambas normas son similares, pero ASCE/SEI
41 permite requisitos de diseño más permisivo para el reforzamiento de edificaciones. los
conceptos básicos y principios de diseño de aislación sísmica para puentes, se desarrollaron en
paralelo a la primera reglamentación AASHTO de los Estados Unidos en 1990, guía de
Especificaciones para el diseño de aislamiento sísmico de puentes. la versión posterior a este
código (AASHTO 1990) ofrece un enfoque sistemático (systematic approach) para determinar los
límites de las propiedades mecánicas del aislador para el análisis y diseño.
La presente edición de la ASCE/ SEI 7 – capitulo 17 contiene significativas modificaciones con
respecto a las versiones sustituidas, intentando facilitar el diseño y la implementación de procesos
para la aislación sísmica, promoviendo la expansión y el uso de la tecnología. En lugar de abordar
un método especifico de aislamiento sísmico, la norma ofrece requisitos generales de diseño
aplicables a un amplio rango de sistemas de aislación sísmica, debido a que los requisitos de diseño
son generales, la prueba de hardware del sistema será requerida para confirmar los parámetros de
ingeniería usados en el diseño y para verificar la adecuación general del sistema de aislamiento.
El uso de sistemas de aislamiento cuya idoneidad no sea ensayada está prohibida, en general los
sistemas aceptables deben (a) mantener la estabilidad horizontal y vertical cuando se sometan a
48
los desplazamientos de diseño. (b) tener una fuerza de recuperación inherente definida como el
aumento de la resistencia a medida que aumenta el desplazamiento. (c) no se degradan
significativamente bajo ciclos de carga y (d) tienen parámetros de ingeniería cuantificables (como
las características de esfuerzo-deformación y amortiguamiento)
La fuerza lateral del desplazamiento desarrollada por el sistema de aislamiento se puede clasificar
en cuatro categorías, como se muestra en la figura C17.1-1, donde cada curva idealizada tiene el
mismo desplazamiento de diseño, DD
Figura C.17.1 Relaciones idealizadas para los sistemas de aislación (rigideces efectivas de los
sistemas de restricción de viento)
Un sistema de aislamiento lineal (curva A) tiene un periodo efectivo constante e independiente de
la (solicitación) de desplazamiento, y donde la fuerza generada en la superestructura es
directamente proporcional al desplazamiento del sistema de aislamiento.
Un sistema de aislamiento de endurecimiento (hardening) (Curva B) tiene una rigidez inicial lateral
baja (lo equivalentemente un período efectivo largo) seguido por un número relativamente alto de
rigidez (o un período efectivo más corto) en demandas de desplazamiento más altas. Cuando los
desplazamientos exceden el desplazamiento diseño, la superestructura se somete a un aumento de
la demanda de fuerza, mientras que el sistema de aislamiento está sujeto a reducir desplazamientos,
en comparación con un sistema lineal equivalente con igual desplazamiento de diseño, como se
muestra en la Figura C17.1-1.
Un sistema de aislamiento de reblandecimiento (softning) (Curva C) tiene una rigidez inicial
relativamente alta (período efectivo corto) seguido de una segunda rigidez relativamente baja
(período efectivo largo) en desplazamientos más altos. Cuando los desplazamientos exceden el
desplazamiento diseño, la superestructura se somete a la reducción de las demandas de fuerza,
mientras que el sistema de aislamiento está sujeto a una mayor demanda de desplazamiento que
para un sistema lineal.
La respuesta de un sistema de aislamiento puramente deslizamiento, sin capacidades de la fuerza
recuperadora lateral (curva D) se rige por las fuerzas de fricción desarrolladas en la interfaz de
49
deslizamiento. Con el aumento de los desplazamientos, el periodo se alarga mientras que las cargas
de la superestructura se mantienen constantes. Para tales sistemas, el desplazamiento total causado
por los ciclos repetidos de terremotos depende altamente de las características del movimiento del
suelo y puede exceder el desplazamiento diseño, DD. Dado que estos sistemas no aumentan su
resistencia con el aumento de los desplazamientos que ayudan a volver a centrar la estructura y
evitar el colapso, los procedimientos de la norma no puede ser aplicado, y se prohíbe el uso del
sistema.
El capítulo 17 de la presente ASCE / SEI 7 establece desplazamientos de diseño del aislador, las
fuerzas de corte para el diseño estructural, y otros requisitos específicos para estructuras aisladas
sísmicamente. Todos los demás requisitos de diseño, incluyendo cargas (distintas a la sísmica),
combinaciones de carga, las fuerzas y tensiones permitidas, y la distribución de corte horizontal,
son las mismas que las estructuras, de base fija convencional. Los principales cambios
incorporados en esta edición de las disposiciones incluyen los siguientes:
• Modificación para el cálculo de las fuerzas de corte en la base de diseño elástico DBE del
evento 𝑀𝐶𝐸𝑅usando un conjunto coherente de propiedades y desplazamientos de rigidez
superior e inferior unidos. Esta modificación simplifica el proceso de diseño y análisis
centrándose sólo en el evento 𝑀𝐶𝐸𝑅.
• límites y criterios permisibles para el uso del procedimiento fuerza lateral equivalente
(ELF). Esta modificación reduce al mínimo la necesidad de realizar procedimientos
computacionales de análisis cronológico no lineal costosos, para diseñar la superestructura
y el sistema de aislamiento en muchas estructuras aisladas.
• definiciones mejoradas de las propiedades de diseño del sistema de aislamiento.
• El uso de propiedades nominales en el proceso de diseño de los aisladores típicos
especificados por los fabricantes basados en pruebas de prototipos anteriores.
• Estas propiedades nominales se ajustan usando el factor lambda AASHTO 1999 concepto
recientemente incorporado para tener en cuenta las incertidumbres de respuesta y obtener
las propiedades de límite superior e inferior del sistema de aislamiento para el proceso de
diseño.
• Nuevo método para la distribución vertical de las fuerzas laterales asociados con el método
de diseño de ELF.
• enfoque simplificado para la incorporación de una excentricidad de masa accidental del
5% en un análisis cronológico no lineal.
• Reducción en el número requerido de revisores en un proyecto de aislamiento sísmico del
actual de 3-5 a un mínimo de un revisor. Además, los revisores no están obligados a asistir
a los ensayos de prototipo.
• Procedimiento para el cálculo de los desplazamientos residuales permanentes que puedan
ocurrir con la aplicación de aislamiento sísmico con periodos relativamente largos, alto
50
niveles de rendimiento / fricción, y pequeños desplazamientos de rendimiento bajo un
amplio rango de intensidad sísmica.
C.17.2 requerimientos de diseño general
Una aplicación de aislamiento sísmico ideal, el desplazamiento lateral de la estructura se acomoda
principalmente a través de un gran desplazamiento lateral o deformación del sistema de
aislamiento en lugar de deformación interna de la superestructura. Por consiguiente, el sistema
resistente la fuerza lateral de la superestructura, encima el sistema de aislamiento está diseñado
para tener suficiente rigidez y resistencia para evitar grandes desplazamientos inelásticos. Por lo
tanto, la norma contiene criterios que limitan la respuesta inelástica de la superestructura. Aunque
el control de daños no es un objetivo explícito de la norma, el diseño para limitar la respuesta
inelástica del sistema estructural reduce directamente el nivel de daño que se produciría durante
un terremoto. En general, se espera que las estructuras aisladas, diseñadas de acuerdo con la norma:
1. Resistan pequeños y moderados niveles de movimientos sísmicos del terreno sin dañar los
elementos estructurales, no estructurales, componentes o contenidos de construcción y
2. Resistan importantes niveles de movimientos del terreno sin fallo del sistema de
aislamiento, un daño significativo a elementos estructurales, grandes daños a los
componentes no estructurales, o interrupción importante en el funcionamiento.
Se espera mejor desempeño en estructuras aisladas que en estructuras de base fija durante los
terremotos moderados y grandes. La Tabla C17.2-1 compara el rendimiento esperado en
estructuras aisladas y de base fija diseñados de acuerdo con la norma. El rendimiento real de una
estructura aislada debe ser determinada mediante la realización de un análisis cronológico no
lineal, el cálculo de derivas entre pisos y demandas de aceleración por piso para una serie de
movimientos del terreno. Esos resultados se pueden utilizar para calcular los costos de reparación
de la estructura tras el terremoto utilizando la metodología ATC-58 basada en el desempeño de la
Ingeniería Sísmica (PBEE) y / o simulaciones a gran escala de los costos directos e indirectos
utilizando HAZUS (1999). La evaluación de la mejora del rendimiento sísmico mediante el
aislamiento sísmico debe incluir su impacto en las aceleraciones por piso, así como derivas de
entre piso, ya que estos son parámetros claves de ingeniería que afectan el daño en equipos MEP,
techos y particiones, y contenido del edificio.
Tabla C17.2-1:
Desempeño esperado para terremotos pequeños, moderados, altos.
Medida del
desempeño
Terremoto: movimiento
leve del terreno
Terremoto:
Movimiento moderado
del terreno
Terremoto:
Movimiento alto del
terreno
Seguridad de la
vida: no se espera
pérdida de vidas ni
lesiones graves
F, I
F, I
F, I
51
Medida del
desempeño
Terremoto: movimiento
leve del terreno
Terremoto:
Movimiento moderado
del terreno
Terremoto:
Movimiento alto del
terreno
Daño no
estructural: se
espera un daño
significativo no
estructural o en el
contenido
F, I
I
I
F indica base fija, I indica base aislada.
La pérdida de la funcionalidad o la operación discontinua de la edificación, no se incluye en la
Tabla C17.2-1. Para ciertas instalaciones de base fija, la pérdida de funcionalidad no se espera a
menos que haya daños estructurales y no estructurales significativos provocando el cierre o el
acceso restringido a la edificación. En otros casos, una instalación con un solo o ningún daño
estructural no serían funcionales como resultado de daños en los componentes no estructurales
vitales o contenido.se esperaría que el aislamiento sísmico, diseñado de acuerdo a estas
disposiciones, mitigue los daños estructurales y no estructurales para proteger la instalación contra
la pérdida de la funcionalidad. El tiempo requerido de reparación tras el terremoto para rehabilitar
la estructura también se puede determinar mediante una evaluación PBEE ATC-58.
C17.2.4 Sistema de aislamiento
C17.2.4.1 Condiciones ambientales
Las condiciones ambientales que pueden afectar negativamente el rendimiento del sistema de
aislamiento deben ser investigadas a fondo. Los requisitos específicos para las consideraciones
ambientales en los aisladores se incluyen en la nueva sección 17.2.8. A diferencia de los materiales
convencionales, cuyas propiedades no varían sustancialmente con el tiempo, los materiales típicos
utilizados en los aisladores sísmicos están sujetos a efectos de envejecimiento significativos sobre
la vida útil de la estructura del edificio. Debido a que el protocolo de prueba de la Sección 17.8 no
da cuenta de los efectos del envejecimiento, la contaminación, scragging (degradación temporal
de las propiedades mecánicas con ciclos repetidos), la temperatura, efectos de la velocidad, y el
desgaste, el diseñador debe tener en cuenta estos efectos por análisis explícito. El enfoque para
acomodar estos efectos, introducido en las especificaciones AASHTO (1999), es usar factores de
modificación de propiedades como se especifica en la Sec. 17.2.8.4.
C17.2.4.2 Fuerzas de viento
El desplazamiento lateral sobre la altura de la zona de aislamiento resultante de las cargas de viento
debe limitarse a un valor similar a la requerida para otros pisos de la superestructura.
52
C17.2.4.3 Resistente al fuego
El fuego puede afectar negativamente el rendimiento lateral del sistema de aislamiento, el sistema
debe estar protegido con el fin de mantener la resistencia a la gravedad y la estabilidad necesaria
para los demás elementos de la superestructura soportados por el sistema de aislamiento.
C17.2.4.4 Fuerza lateral restauradora
El requisito de fuerza restauradora pretende limitar los desplazamientos residuales en el sistema
de aislamiento como resultado de cualquier evento de terremoto para que la estructura puede
soportar adecuadamente réplicas y terremotos futuros. El potencial de desplazamientos residuales
se trata en la Sec. C17.2.6.2.
C17.2.4.5 Restricción de desplazamiento
El uso de una restricción de desplazamiento para limitar los desplazamientos más allá del
desplazamiento de diseño no se recomienda. Cuando se utiliza un sistema de restricción de
desplazamiento, se requiere un análisis cronológico de respuesta no lineal de la estructura aislada
para el nivel MCE usando las disposiciones del Capítulo 16 para tener en cuenta los efectos de la
participación de la restricción de desplazamiento.
C17.2.4.6 Estabilidad de carga vertical
Las cargas verticales utilizados para evaluar la estabilidad de un aislador deben calcularse
utilizando los valores límites de carga muerta, carga viva y la demanda de terremoto pico en el
nivel de MCE. Debido a que las cargas sísmicas son reversibles en la naturaleza, la carga sísmica
pico deberá ser la combinación de los valores límites de carga muerta y viva de manera que se
produzca tanto la fuerza máxima hacia abajo y la fuerza máxima hacia arriba en cualquier aislador.
La Estabilidad de cada aislador debe ser verificada para estos dos valores extremos de carga
vertical en desplazamiento MCE pico del sistema de aislamiento. Además, todos los elementos del
sistema de aislamiento requieren pruebas o medidas equivalentes que demuestran su estabilidad
para los movimientos del terreno para 𝑀𝐶𝐸𝑅.Esta estabilidad se puede demostrar mediante la
realización de un análisis estático no lineal para un desplazamiento de respuesta 𝑀𝐶𝐸𝑅 de todo el
sistema estructural, incluyendo el sistema de aislamiento, y que muestre que la estabilidad lateral
y vertical se mantiene. Alternativamente, esta estabilidad se puede demostrar mediante la
realización de un análisis dinámico no lineal para movimientos 𝑀𝐶𝐸𝑅. utilizando las mismas
reducciones inelásticos como para el sismo de diseño (DE) y aceptando capacidades excepto que
miembros y conexión puedan tomar como sus resistencias nominales con factores de resistencia ∅
, tomando 1,0.
C.17.2.4.7 Volcamiento
La intención de este requisito es evitar tanto el volcamiento estructural global como el
sobreesfuerzo de los elementos causadas por la elevación localizada. El levantamiento del aislador
es aceptable siempre y cuando el sistema de aislamiento no se desacopla de sus detalles de
53
conexión de resistencia horizontal. Los detalles de conexión utilizados en ciertos sistemas de
aislamiento no desarrollan resistencia a la tracción, una condición que debe tenerse en cuenta en
el análisis y diseño. Cuando la capacidad de tensión de un aislador se utiliza para resistir las fuerzas
de levantamiento, el diseño y las pruebas se deben realizar de acuerdo con las secciones 17.2.4.6
y 17.8.2.5 debe ser realizado para demostrar la idoneidad del sistema para resistir las fuerzas de
tensión en el máximo desplazamiento total.
C17.2.4.8 Inspección y reemplazo
Aunque la mayoría de los sistemas de aislamiento no necesitan ser reemplazadas después de un
terremoto, se debe proporcionar acceso para la inspección, reparación y reemplazo. En algunos
casos puede requerirse re-centrado (Sección 17.2.6). el sistema de aislamiento debe inspeccionarse
periódicamente, así como después eventos sísmicos significativos y cualesquiera elementos
dañados deben reparados o reemplazados.
C17.2.4.9 Control de calidad
El programa de pruebas e inspección es necesario tanto para la fabricación e instalación de las
unidades de aislamiento. Debido a la rápida evolución de los avances tecnológicos de aislamiento
sísmico, las normas referentes a pruebas e inspección para algunos sistemas son difíciles, mientras
que la referencia para algunos sistemas es posible (por ejemplo, aisladores elastoméricos deben
seguir los requisitos de la norma ASTM D 4014). normas similares aún no se han desarrollado
para otros sistemas de aislamiento. Por lo tanto, los procedimientos especiales de inspección y
pruebas de carga para verificar la calidad de fabricación deben ser desarrollados para cada
proyecto. Los requisitos pueden variar dependiendo del tipo de sistema de aislamiento utilizado.
Los requisitos específicos para las pruebas de control de calidad se dan ahora en la Sec. 17.8.6.
C17.2.5 Sistema Estructural
C17.2.5.2 separaciones de Edificaciones
Es necesaria una separación mínima entre la estructura aislada y otras estructuras u obstrucciones
rígidas para permitir traslación horizontal sin restricciones de la superestructura en todas las
direcciones durante un terremoto. La dimensión de separación debe ser determinado basado en el
desplazamiento de diseño total del sistema de aislamiento, el desplazamiento lateral máximo de la
superestructura por encima del aislamiento, así como la deformación lateral de las estructuras
adyacentes.
C17.2.5.4 Pórticos de acero arriostrados concéntricamente
La Sección 17.5.4.2 de esta Norma 7-10 implica que solo los Sistemas de Resistencia a Fuerza
Sísmica Se permiten para la construcción de base fija en aplicaciones de aislamiento sísmico. La
Tabla 12.2-1 limita la altura de los pórticos de acero arriostrados concéntricamente (OCBF) en
múltiples pisos de base fija edificios asignados SDC D y E a 35 pies y no los permite en edificios
asignados a SDC F. La Sección 17.2.5.4 permite que se utilicen para aplicaciones de aislamiento
sísmico en alturas de 160 pies en edificios asignado a SDC D, E y F siempre que se cumplan ciertos
54
requisitos adicionales. Adicionalmente los requisitos de diseño que deben cumplirse incluyen que
el edificio debe permanecer elástico en el nivel del terreno del diseño (es decir, RI = 1.0), que el
desplazamiento del espacio libre DTM se incremente en un 20% y que el pórtico arriostrado debe
diseñarse para cumplir con la Sección F 1.7 de AISC 341-10. Cabe señalar que actualmente los
OCBF permitidos en construcciones aisladas sísmicamente asignadas a SDC D y E también
necesitan satisfacer la Sección F 1.7 de AISC 341-10.
El aislamiento sísmico tiene el beneficio de absorber la mayor parte del desplazamiento generado
por los movimientos del terreno del terremoto lo que permite el sistema resistente a la fuerza
sísmica para permanecer esencialmente elástico. Restricciones del Capítulo 17 sobre el sistema de
resistencia a fuerza sísmica, reducción del límite inelástico con un valor de 2 o menos para
garantizar un comportamiento elástico. Un OCBF de acero proporciona el beneficio de
proporcionar una súper estructura rígida con demandas reducidas de deriva en componentes no
estructurales sensibles a la deriva a la vez que proporciona un ahorro de costos significativo en
comparación con los sistemas especiales. Los OCBF de acero se han usado en los Estados Unidos
para numerosos (quizás la mayoría) edificios nuevos aislados sísmicamente de instalaciones
esenciales ya que el aislamiento sísmico se introdujo por primera vez en la década de 1980.
Algunos de estos edificios han tenido alturas de hasta 130 pies. El límite de 160 pies de altura fue
permitido para sísmico aislamiento con OCBFs en zonas sísmicas altas cuando el aislamiento
sísmico se introdujo por primera vez en edificios en el código UBC como un Apéndice en 1991.
Cuando los límites de altura se restringieron para OCBF de base fija en el 2000 NEHRP
Recommended Provisions, no se reconoció que efecto podría tener en el diseño de edificios
aislados sísmicamente La sección 17.2.5.4 en cambio rectifica esa supervisión. Ha juicio de este
comité los límites de altura se deben aumentar al nivel de 160 pies siempre que las condiciones
adicionales se cumplan.
El Comité Sísmico AISC (TC-9) estudió el concepto de OCBF de acero en para la aplicación en
construcción a alturas de 160 pies en áreas sísmicas altas. Decidieron que se requieren requisitos
de detalle adicionales que se encuentran en la Sección F1.7 de AISC 341-10.
Ha habido cierta preocupación de que los marcos ordinarios con armadura concéntrica de acero
puedan tener riesgo de colapso si se presentan movimientos de tierra mayores que MCER causan
que el sistema de aislamiento impacte el entorno pared de foso. Si bien no se ha realizado un
estudio completo de P-695 sistemas de armazón de acero ordinario con armadura concéntrica, un
estudio conservador reciente de una estructura que usa OCBF con RI = 1 en sistemas de
aislamiento realizado por Armin Masroor en SUNY Buffalo (Referencia 1) indica que un riesgo
aceptable de colapso (10% de riesgo de colapso dados movimientos de tierra MCE) se logra si el
aislador proporciona de 15-20% de desplazamiento. El estudio no incluye la capacidad de
respaldo de las conexiones de gravedad o la influencia de los sistemas piso cubierta de metal en
concreto en la capacidad de colapso. Aunque no hay requisito para considerar los movimientos de
tierra más allá del movimiento de tierra de máxima en consideración del terremoto en el diseño,
fue el juicio de este comité para proporcionar conservadurismo adicional al requerir un 20% en
espacio de foso. Es posible que otros estudios P-695 demuestren que el factor 1.2 adicional de la
capacidad de desplazamiento puede no ser necesaria.
55
C17.2.6 Elementos estructurales y componentes no estructurales
Para acomodar la diferencia del movimiento horizontal y vertical entre el edificio aislado y el
terreno, se requieren utilizar conexiones flexibles. Además, los elementos rígidos que cruzan la
interfaz de aislamiento (tales como escaleras, huecos de ascensor, y las paredes) deben ser
detallados para acomodar el desplazamiento total máximo sin comprometer la seguridad de vida.
La eficacia y el rendimiento de diferentes dispositivos de aislamiento en la construcción de
estructuras bajo una amplia gama de movimientos del terreno se han evaluado a través de
numerosos estudios experimentales y analíticos (Kelly et al, 1980, 1981, 1985, Zayas et al 1987;
Constantinou et al. 1999; Mosqueda et al 2004; Grant et al 2004; Advertir y Whittaker 2006;
Buckle et al 2006; Kelly y Konstantinidis 2011). Los programas experimentales incluidos en estos
estudios generalmente han consistido en probetas de ensayo a escala reducida, construidas con una
precisión relativamente alta en condiciones de laboratorio. Estos estudios se centraron inicialmente
en los aisladores elastoméricos, aunque en los últimos años la atención se ha desplazado a los
aisladores de fricción o de péndulo de una o varias concavidades. Este último sistema ofrece la
opción de periodos aislados más largos.
Recientes Pruebas a escala real en la mesa vibratoria (Ryan et al. 2012) y estudios analíticos
(Katsaras et al. 2008) incluidos en este estudio han demostrado que los sistemas de aislamiento,
con una combinación de períodos largos, niveles relativamente altos de rendimiento/fricción y
pequeños desplazamientos de rendimientos tendrán como resultado tras el terremoto
desplazamientos residuales. En estos estudios, se midieron desplazamientos residuales que van de
2 a 6 pulgadas y fueron computados para la construcción de estructuras aisladas con un período de
4 segundos o mayores y un nivel de rendimiento en el rango de 8 a 15% del peso de la estructura.
Este permanente desplazamiento puede afectar la capacidad de servicio de la estructura y,
posiblemente, poner en peligro la funcionalidad de los elementos que cruzan el plano de
aislamiento (como protección contra incendios y elementos a prueba de intemperie, detalles de
salida / entrada, elevadores, juntas de sistemas de tuberías primarias, etc.). Puesto que no puede
ser posible volver a centrar algunos sistemas de aislamiento, las estructuras aisladas con tales
características deberán ser detalladas para acomodar estas compensaciones permanentes.
El informe Katsaras proporciona recomendaciones para estimar el desplazamiento residual
permanente en cualquier sistema de aislamiento basado en un estudio analítico y paramétrica
extenso. Los desplazamientos residuales medidos en pruebas a escala completa (Ryan et al. 2012)
están razonablemente predichos por este procedimiento, que utiliza un sistema de aislamiento
idealizado bi-lineal idealizado mostrado en la Figura C17.2.6.1. Las tres variables que afectan el
desplazamiento residual son el período aislado (basado en la segunda pendiente rigidez 𝐾𝐷), el
nivel de rendimiento / fricción (𝐹𝑂) y el desplazamiento de fluencia 𝐷𝑌.
56
Figura C17.2.6.1 Definiciones de desplazamiento residual estático Drm para un sistema bilineal
Sistema histérico
El procedimiento para estimar el desplazamiento residual permanente 𝐷𝑟𝑑, (véase la ecuación
C17.2.6.1) es una función del rendimiento del desplazamiento del sistema 𝐷𝑦, el desplazamiento
residual estático, 𝐷𝑟 = 𝐹𝑜/𝐾𝑝 y 𝐷𝑚 que es una función de 𝐷𝑚, el desplazamiento máximo
terremoto mostrado en la Tabla C17.2.6-1. Para la mayoría de aplicaciones 𝐷𝑚 es típicamente
igual a 𝐷𝑟.
Tabla C.17.2.6-1:
Valores de 𝐷𝑟𝑚
Rango del máximo desplazamiento 𝑫𝒎𝒂𝒙 Desplazamiento residual estático 𝑫𝒓𝒎
𝟎 ≤ 𝑫𝒎𝒂𝒙 ≤ 𝑫𝒚 0
𝑫𝒚 ≤ 𝑫𝒎𝒂𝒙 ≤ 𝟐𝑫𝒚 𝐷𝑟 ∗ (𝐷𝑚𝑎𝑥 − 𝐷𝑦)/(𝐷𝑟 + 𝐷𝑦)
𝑫𝒓 ≤ 𝟐𝑫𝒚 ≤ 𝑫𝒎𝒂𝒙 𝐷𝑟
𝐷𝑟𝑑 =0,87 ∗ 𝐷𝑟𝑚
(1 + 4,3 ∗𝐷𝑟𝑚
𝐷𝑟) ∗ (1 + 31,7 ∗
𝐷𝑦
𝐷𝑟)
Por lo tanto, hay un simple proceso de dos pasos para estimar el desplazamiento residual
permanente, 𝐷𝑟𝑑
• Calcular el desplazamiento residual estático, 𝐷𝑟 basado en el período aislado (utilizando la
segunda pendiente de rigidez 𝐾𝐷) y los niveles de rendimiento / fricción. La tabla C17.2.6.2
proporciona valores de 𝐷𝑟 para un rango de períodos de 2,5 a 20 segundos y un intervalo
de niveles de rendimiento / fricción de 0.03W a 0.15W.
• Usando el valor de 𝐷𝑟 calculado para el sistema de aislamiento y el desplazamiento de
fluencia, 𝐷𝑦 del sistema, el desplazamiento residual 𝐷𝑟𝑑 puede ser calculado a partir de la
ecuación C17.2.6.1. Tabla C17.2.6.3 y la Tabla C17.2.6.4 proporciona los desplazamientos
residuales para desplazamientos de terremoto (𝐷𝑚) de 10” y 20”, respectivamente.
57
En amarillo se destacan las celdas de las Tablas C17.2.6.3 y C17.2.6.4 que corresponden a los
desplazamientos residuales permanentes superiores a 2”. Nótese que el rendimiento para
desplazamientos de aproximadamente 2”, los desplazamientos residuales no ocurrirán en la
mayoría de los sistemas de aislamiento.
Tabla C.17.2.6.2:
Valores de Dr (pulgadas) para los periodos de aislación y niveles.
Tabla C.17.2.6.3:
Desplazamientos residuales para el máximo sismo desplazamiento de 254 mm
Dm (mm) 254 254 254 254 254 254 254 254
Dy (mm) 0,127 0,254 0,508 5,08 9,906 14,986 24,892 50,038
Dr= 101 0,63 0,60 0,56 0,25 0,16 0,11 0,07 0,04
Dr=200 1,28 1,25 1,21 0,73 0,50 0,39 0,26 0,14
Dr=302 1,86 1,84 1,79 1,22 0,90 0,71 0,50 0,27
Dr= 401 2,32 2,30 2,25 1,67 1,29 1,04 0,75 0,43
Dr=502 2,72 2,70 2,66 2,07 1,65 1,37 1,01 0,59
Dr=601 3,08 3,06 3,02 2,43 1,99 1,68 1,27 0,76
Dr= 703 3,39 3,37 3,34 2,75 2,30 1,97 1,51 0,92
Dr=802 3,68 3,66 3,62 3,05 2,59 2,24 1,75 1,09
Dr= 904 3,93 3,91 3,87 3,32 2,85 2,49 1,97 1,25
Dr=1003 4,16 4,14 4,11 3,56 3,09 2,73 2,19 1,41
58
Tabla C.17.2.6.3:
Desplazamientos residuales para el máximo sismo desplazamiento de 508 mm
Dm (mm) 508 508 508 508 508 508 508 508
Dy (mm) 0,127 0,254 0,508 5,08 9,906 14,986 24,892 50,038
Dr= 101 0,63 0,60 0,56 0,25 0,16 0,11 0,07 0,04
Dr=200 1,28 1,25 1,21 0,73 0,50 0,39 0,26 0,15
Dr=302 1,93 1,90 1,85 1,28 0,95 0,76 0,54 0,31
Dr= 401 2,58 2,55 2,50 1,86 1,45 1,19 0,87 0,52
Dr=502 3,23 3,20 3,15 2,47 1,98 1,65 1,24 0,75
Dr=601 3,75 3,72 3,67 2,97 2,45 2,08 1,59 0,99
Dr= 703 4,22 4,20 4,15 3,45 2,90 2,50 1,95 1,24
Dr=802 4,67 4,64 4,60 3,90 3,33 2,90 2,30 1,50
Dr= 904 5,08 5,06 5,02 4,32 3,74 3,30 2,65 1,76
Dr=1003 5,47 5,45 5,41 4,72 4,13 3,67 2,99 2,02
C17.2.8 Propiedades del sistema de aislamiento
Esta sección define y combina fuentes de variabilidad en las propiedades mecánicas del sistema
de aislamiento medidas por la prueba del prototipo, permitiendo tolerancias especificas por la
fabricación, y que se producen durante la vida útil de la estructura debido al envejecimiento y
efectos ambientales. Los valores del límite superior y límite inferior del comportamiento del
sistema de aislamiento (por ejemplo, para su uso en procedimientos de RHA) y los valores
máximos y mínimos de rigidez y amortiguamiento efectiva del sistema de aislamiento en base a
estas propiedades del límite (por ejemplo, para su uso en procedimientos ELF) se establecen en
esta sección. Los valores de los factores de modificación de propiedades se definen según el
producto y no se pueden especificar genéricamente en las disposiciones. Los valores típicos
“predeterminados” para los sistemas comúnmente utilizadas se proporcionan a continuación. El
diseñador y el revisor será el responsable de determinar los valores apropiados de estos factores
según el proyecto específico y del producto específico.
Esta sección también define el concepto de valores límite (límite superior e inferior) del sistema
de aislamiento componentes desarrollados por:
1. Incluye explícitamente la variabilidad debida a las tolerancias de producción,
envejecimiento y los efectos ambientales. ASCE / SEI 7-10 solo abordó la variabilidad
asociada con las pruebas de prototipos.
2. Simplificar el diseño basando las medidas de delimitación en la amplitud dependiendo del
comportamiento del único movimiento del terreno 𝑀𝐶𝐸𝑅. ASCE / SEI 7-10 utilizó
movimientos de tierra tanto de diseño (DE) como 𝑀𝐶𝐸𝑅
La nueva sección también define el concepto de máxima y mínima rigidez efectiva y
amortiguación del sistema de aislamiento mediante el uso de fórmulas, esta formulas debe revisar
que:
59
1. Definir las propiedades efectivas del sistema de aislamiento en los valores límite del
comportamiento de los componentes (es decir, los mismos dos ítems, descritos
anteriormente)
2. Elimina el conservatismo intencional de ASCE / SEI 7-10 que define el mínimo efectivo
de amortiguación en términos de máxima rigidez efectiva.
C17.2.8.2 Propiedades nominales del aislador
Los fabricantes de aisladores típicos deben suministran propiedades de diseño nominales
precisas que pueden ser confirmadas por pruebas de prototipo en las fases de diseño y de
construcción. Estas propiedades nominales deben estar basadas en las pruebas de prototipo como
se define en la Sección 17.8.2
FIGURA C17.2.8.3-1 Ejemplo de las propiedades nominales de un sistema bilineal fuerza-
deformación
C17.2.8.3 límite de las Propiedades de los componentes del sistema de aislación
La metodología para establecer los valores del límite inferior y superior, para las propiedades
mecánicas básicas del aislador basada en factores de modificación de propiedad ha sido presentada
por primera vez en Constantinou et al. (1999). Desde entonces fue revisado en Constantinou et al.
(2007) basado en el último conocimiento del comportamiento de los aisladores en el tiempo. La
metodología presenta como utilizar los factores de modificación de propiedad para ajustar las
propiedades nominales del aislador basado en consideraciones de variabilidad natural en las
propiedades, efectos del calentamiento durante movimiento cíclico, y los efectos del
envejecimiento, la contaminación, la temperatura ambiente y la duración al ser expuesto a
temperatura e historial de carga. Las propiedades mecánicas nominales deberían basarse en un
prototipo (representativo) de prueba a temperatura normal y bajo carga dinámica para aisladores
no probados previamente.
La metodología también modifica los factores de modificación de la propiedad para tener en cuenta
una situación poco probable de tener varios eventos de baja probabilidad de ocurrencia al mismo
tiempo (es decir, el máximo terremoto, envejecimiento, baja temperatura, etc.) el uso de factores
de ajuste de la propiedad depende de la importancia de la estructura analizada (los valores varían
60
de 0.66 para una estructura típica y 1.0 para una estructura crítica). Esta norma supone que el factor
de ajuste de la propiedad es 0.75. Sin embargo, el profesional de diseño registrado puede optar por
usar el valor de 1.0 en función de la importancia de la estructura (por ejemplo, instalaciones de
salud, centros de operaciones de emergencia, etc.) o en función de la cantidad de eventos extremos
considerados en el establecimiento del factor de modificación de la propiedad. Por ejemplo, si solo
se considera el envejecimiento, entonces una propiedad el factor de ajuste de la unidad es
apropiado
Los Ejemplos de aplicación para el análisis y diseño de puentes se pueden encontrar en
Constantinou et al (2011). Estos ejemplos pueden servir como guía en la aplicación de la
metodología en esta norma. Constantinou et al (2011) también presenta procedimientos para
estimar las propiedades nominales para aisladores del plomo-caucho, fricción y de péndulo en base
a que los datos de prueba del prototipo no están disponibles. Los datos utilizados en la estimación
del rango de propiedades se basaron en los datos de pruebas disponibles, todos los cuales fueron
seleccionados para aumentar los efectos del calentamiento, tal información seria apropiada para
casos de movimientos a gran velocidad y gran tamaño del núcleo en plomo o valores de alta
fricción.
Los Valores recomendados para las tolerancias de especificación en las propiedades promedio de
todos los aisladores de un determinado tamaño están en el rango +/- 10% a +/- 15%. Para +/- 10%
de tolerancia específica, el factor lambda correspondiente debe ser λ(spec,max) = 1.10 y
λ(spec,min) = 0.9 .las variaciones individuales en las propiedades del aislador son típicamente
mayores que la tolerancia promedio de las propiedades de los aisladores de un determinado tamaño
como se presenta en la sección C12.2.8.3. se recomienda consultar al fabricante del aislador cuando
se estén estableciendo los valores de tolerancia.
La Sección 17.2.8.4 requiere que el sistema de aislamiento se diseñe teniendo en cuenta las
consideraciones ambientales condiciones que incluyen efectos de envejecimiento, fluencia, fatiga
y temperaturas de operación. El envejecimiento individual y los factores ambientales se
multiplican juntos y luego la porción del factor lambda difiere de la unidad se reduce en 0,75
basándose en el supuesto de que no todos los valores máximos se producirán simultáneamente.
Como parte del proceso de diseño es importante reconocer que habrá variaciones adicionales en
las propiedades nominales debido a la fabricación. La siguiente sección específica los factores de
modificación de propiedad correspondientes a los valores por defecto de fabricación o de proceso
si el fabricante especifica que el dato (factor) no está disponible. Estos se combinan con los factores
de modificación de la propiedad (Sección 17.2.8.4) para determinar las propiedades máximas y
mínimas de los aisladores (Sección 17.2.8.5) para su uso en el proceso de diseño y análisis.
C.17.2.8.4 Factores de Modificación de propiedad
Los factores lambda son utilizados para establecer los máximos y mínimos de los modelos
matemáticos para el análisis, la forma más simple es el procedimiento estático lineal utilizado para
evaluar el mínimo requerido de cortante en la base del diseño y del sistema de desplazamientos.
Los modelos matemáticos más complejos darán cuenta de varias variaciones de propiedad por
efectos explícitos (por ejemplo, velocidad, carga axial, desplazamiento bilateral, temperatura
instantánea, etc.). En este caso la acumulación de efectos de los factores lambda se reducirá (el
61
factor lambda combinado estará más cerca de 1.0). Sin embargo, algunos efectos como la
tolerancia específica y el envejecimiento probablemente siempre permanecerán, ya que no pueden
ser considerados en modelos matemáticos. Los factores lambda predeterminados se proporcionan
en la Tabla C17.2.8.4-1 para aisladores de fabricantes desconocidos que no tienen datos de prueba
de calificación. Tenga en cuenta que esta tabla no tiene valores de factores de modificación de
propiedades para la rigidez real (KD) de los aisladores deslizantes.se presume que los aisladores
deslizantes, ya sean planos o esféricos, se producen con suficiente precisión para que se conozcan
sus características reales de rigidez. El RDP puede asignar valores de factores de modificación de
propiedad diferentes de la unidad para la rigidez real de los aisladores de deslizamiento en base a
datos obtenido en la prueba del prototipo o en base a la falta de experiencia con fabricantes
desconocidos. También tenga en cuenta que esta tabla proporciona valores de factores de
modificación de propiedad para considerar incertidumbres en los materiales y métodos de
fabricación utilizados. Estos valores prevén de falta de datos de prueba o datos de prueba
incompletos y fabricantes desconocidos. Por ejemplo, los valores en la Tabla C17.2.8.4-1 para
aisladores deslizantes de materiales se proveen para fabricantes desconocidos, para las interfaces
deslizantes hay una gran incertidumbre en el valor de coeficiente de fricción, Además, los datos
usados en elastómeros suponen que los aisladores elastómeros tienen significativo scragging y
envejecimiento. Además, para los aisladores de plomo-goma, los datos en la tabla presuponen que
es una incertidumbre considerable en el valor inicial (antes de cualquier efecto de calentamiento
histerético) del rendimiento efectivo fuerza de plomo.
En consecuencia, existe un rango considerable en los valores superior e inferior de los factores de
modificación de propiedad. Sin embargo, estos valores deben usarse con precaución ya que los
fabricantes de baja calidad podrían usar materiales y procesos de vulcanización y fabricación que
resultan en variaciones de propiedad aún mayores. El enfoque preferido para establecer factores
de modificación de propiedad es a través de rigurosas pruebas de calificación de los materiales y
métodos de fabricación por un fabricante de calidad, y pruebas dinámicas para prototipos de
muestras de tamaño real y mediante pruebas de control de calidad en cargas y desplazamientos
específicos del proyecto.
Para los aisladores elastoméricos, los factores lambda y las pruebas de prototipo pueden necesitar
tener en cuenta la interacción de corte axial. deformación bilateral, historial de carga, incluyendo
los efectos del primer ciclo, efectos de scraggin en los aisladores elastoméricos vírgenes,
temperatura ambiente, otras cargas ambientales y efectos de envejecimiento sobre el diseño vida
del aislador.
Para aisladores deslizantes, los factores lambda y las pruebas de prototipos pueden necesitar tener
en cuenta la presión de contacto, la velocidad de carga o velocidad de deslizamiento, deformación
bilateral, temperatura ambiente, contaminación, otras cargas ambientales, y efectos de
envejecimiento sobre la vida de diseño del aislador.
La tasa de carga o los efectos de la velocidad se explican mejor mediante pruebas dinámicas de
alisadores prototipo a escala real. Los factores de modificación de propiedad para contabilizar
estos efectos se pueden usar en lugar de las pruebas dinámicas. En general, los efectos de la
62
temperatura ambiente pueden ignorarse para la mayoría de los sistemas de aislamiento si están en
condiciones donde la temperatura esperada varía entre 30 ° F y 100 ° F.
Los siguientes comentarios se proporcionan para la determinación de los valores límites de las
propiedades mecánicas de los aisladores:
1.Los efectos de calentamiento (histéresis o fricción) pueden explicarse en base a la teoría racional
(por ejemplo, ver Kalpakidis et al., 2009, 2010, y Constantinou et al., 2009) solo los efectos de
incertidumbre en los valores nominales de las propiedades, de envejecimiento, arrastre y la
contaminación necesitan ser considerado. Esto es cierto para los aisladores de plomo y caucho en
los que el plomo es de alta pureza y se conocen las propiedades termo mecánicas. Para aisladores
de deslizamiento, la composición de la interfaz de deslizamiento afecta la relación de la fricción
con la temperatura y, por lo tanto, no puede predecirse mediante la teoría sola. Además, el
calentamiento generado durante el movimiento a alta velocidad puede afectar la fuerza de
adherencia del revestimiento. Dado que hay numerosas interfaces deslizantes (y propiedades
típicas), los efectos del calentamiento en los aisladores de deslizamiento dependen directamente
de la presión y la velocidad, y el tamaño es importante en los efectos de calentamiento
(Constantinou et al., 2009), la prueba de prototipo dinámico a escala real y la prueba de producción
es muy importante para los aisladores deslizantes.
2 los efectos de calentamiento son importantes para los aisladores de deslizamiento y los aisladores
de núcleo plomo y caucho. Estos no son importantes y no necesitan ser considerados para
aisladores elastoméricos de bajo o alto amortiguamiento. La razón de esto se describe en
Constantinou et al. (2007) donde se ha demostrado, basado en la teoría y la evidencia experimental,
que el aumento de la temperatura de los aisladores elastoméricos durante el movimiento cíclico
(alrededor de un grado centígrado por ciclo) es demasiado pequeño para afectar significativamente
sus propiedades mecánicas. Prototipos y pruebas de producción de muestras de tamaño real en las
cargas esperadas y los desplazamientos deberían ser suficientes para detectar la mala calidad y
pobre calidad del material en aisladores elastómeros simples, incluso si se realiza de forma casi
estática.
3.Scragging y recuperación de las propiedades de caucho virgen (ver Constantinou et al., 2007
para más detalles) depende del compuesto de caucho, el tamaño del aislador, el proceso de
vulcanización y la experiencia del fabricante. Además, se ha observado que los efectos de
scragging son más pronunciado para caucho de bajo módulo de corte y que la capacidad de
amortiguación del caucho tiene un pequeño efecto. También se ha observado que algunos
fabricantes son capaces de producir cauchos con bajo módulo sin efectos de raspado significativos,
mientras que otros no pueden. Por lo tanto, se recomienda que el fabricante presente datos sobre
el comportamiento del caucho virgen bajo condiciones (no probadas previamente e
inmediatamente después de la vulcanización) para que los factores de modificación de la propiedad
para scragging pueden ser determinados. Este factor es definido como la tasa de la rigidez efectiva
en el primer ciclo de las rigideces efectivas en el tercer ciclo, típicamente obtenida a tensión de
corte de goma representativa) (por ejemplo, 100%). Se ha observado que este factor puede ser tan
alto o superior a un valor de 2.0, para el módulo de corte de caucho inferior o igual a 0.45MPa (65
63
psi). También eso se ha observado que algunos fabricantes pueden producir caucho con un módulo
de corte de 0.45MPa y un factor de fragmentación de aproximadamente 1.2 o menos. En
consecuencia, se prefiere establecer estos factores mediante la prueba de cada proyecto o el uso de
materiales calificados en proyectos anteriores.
4.El envejecimiento en asoladores elastoméricos tiene, en general, efectos pequeños (por lo general
aumenta la rigidez y fuerza del orden del 10% al 30% durante la vida útil de la estructura), siempre
que scragging sea también menor Se cree que el scragging es resultado principalmente de la
vulcanización incompleta, que es asociados con el envejecimiento a medida que los procesos
químicos en el caucho continúan en el tiempo. La inexperiencia en los fabricantes puede producir
elastómeros de bajo módulo de corte por vulcanización incompleta, que debería resultar en un
envejecimiento significativo.
5.El envejecimiento en aisladores deslizantes depende de la composición de la interfaz deslizante.
Hay importante preocupación con las interfaces bimetálicas (Constantinou et al., 2007), incluso en
ausencia de corrosión, por lo que deberían ser penalizados por grandes factores de modificación
de propiedad o simplemente no utilizados. Además, las interfaces lubricadas garantizan mayores
factores de modificación de la propiedad de envejecimiento y contaminación. El diseñador puede
referirse a Constantinou et al. (2007) para valores detallados del factor dependiendo de las
condiciones de operación y el ambiente de exposición. Tenga en cuenta que la lubricación debe
ser la lubricación líquida generalmente se aplica directamente en la interfaz. La lubricación Sólida
en forma de grafito o materiales similares que están integrados en el tejido de los revestimientos y
utilizados en contacto con acero inoxidable para la interfaz deslizante no tiene los problemas
experimentado presentados en la lubricación líquida.
Tabla C 17.2.8.4-1:
factores predeterminados de límite superior e inferior
64
C.17.2.8.5 límite superior y límite inferior Comportamiento lateral fuerza-desplazamiento
de los componentes del sistema de aislamiento
Una representación del límite superior e inferior de cada tipo de componente del sistema de
aislamiento se desarrolló utilizando los factores de lambda desarrollados en la Sec. 17.2.8.4. Un
ejemplo de un ciclo de fuerza de deflexión bi-lineal se muestra en la Figura C17.2.8.3-2. En este
ejemplo, los factores lambda superior e inferior se aplican a las propiedades nominales del nivel
de rendimiento / fricción y la segunda pendiente bi-lineal (kd) de la curva fuerza-desplazamiento
lateral para determinar la representación del límite superior y límite inferior del componente del
sistema de aislamiento. La nomenclatura se muestra en la Figura C17.2.8.3-2 es importante tener
en cuenta. La rigidez efectiva y el amortiguamiento efectivo se calculan para ambas propiedades
del límite superior e inferior en el Dm correspondiente. La rigidez efectiva máxima y mínima y el
amortiguamiento efectivo son desarrollados a partir de estos límite superior e inferior relaciones
de fuerza-desplazamiento lateral en la Sección 17.2.8.6.
Figure 17.2.8.3-2 ejemplo de los limites superiores e inferiores de las propiedades bilineales de un sistema fuerza-
deformación
C.17.3 MOVIMIENTO DEL TERRENO PARA SISTEMAS AISLADOS
C17.3.1 Amenaza sísmica del sitio especifico
Esta nueva sección consolida los requisitos de amenaza sísmica del sitio existentes de otras
secciones.
65
C17.3.2 Parámetros de aceleración de respuesta espectral MCER, SMS, SM1
Los parámetros de espectro MCER SMS, SM1 se obtienen a partir de la Sección 11.4.5 o 11.4.6
u 11.4.7.
C17.3.3 Espectro de respuesta MCER
El espectro MCER se construye a partir de los parámetros SMS, SM1 de la Sección 11.4.5 o 11.4.6
u 11.4.7.
C17.3.4 MCER Movimientos de tierra récord
Cuando se utilizan procedimientos de análisis cronológico de respuesta, los movimientos del
terreno 𝑀𝐶𝐸𝑅 deben consistir en no menos de siete pares de componentes de aceleración horizontal
apropiados.
C17.4 SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS
Tres procedimientos de análisis diferentes están disponibles para determinar las cargas sísmicas
de nivel de diseño: el procedimiento de fuerza lateral equivalente (ELF), el procedimiento del
espectro de respuesta y el procedimiento cronológico de respuesta. por el procedimiento ELF, se
tienen ecuaciones simples que calculan la demanda de fuerza lateral en cada nivel del edificio
estructura (similar a las estructuras convencionales de base fija) se utilizan para determinar el pico
de las fuerzas lateral de desplazamiento y fuerzas de diseño en función de la aceleración espectral
de la estructura aislada amortiguamiento y el período. Las disposiciones de esta sección permiten
un mayor uso del procedimiento ELF, reconociendo que el procedimiento ELF es adecuado para
estructuras aisladas cuya respuesta está dominada por un solo modo de vibración traslacional y
cuya superestructura está diseñada para permanecer esencialmente elástica (límite de ductilidad
demandada y deformaciones inelásticas) incluso para movimientos de suelo de nivel 𝑀𝐶𝐸𝑅. El
procedimiento ELF es ahora permitido para el diseño de estructuras aisladas en todos los sitios
(excepto la Clase de Sitio F) siempre que la superestructura es regular (como se define en la nueva
Sección 17.2.2), tiene un período de base fija (T) que está bien separado del período aislado
(𝑇𝑚𝑖𝑛.), y el sistema de aislamiento cumple ciertos criterios de "previsibilidad de respuesta" con
los cuales los sistemas de aislamiento típicos y comúnmente utilizados cumplen.
Para los procedimientos dos y tres, que se requieren para estructuras irregulares (Sección 17.2.2)
o edificios especialmente flexibles, análisis dinámico (espectro de respuesta o procedimientos
cronológicos de respuesta) se usa para determinar la respuesta máxima de la estructura aislada. Si
se realiza un procedimiento de historial de respuestas, las fuerzas de diseño para la estructura se
pueden determinar utilizando el procedimiento de espectros de respuesta, y ambas tienen límites
relacionados con el procedimiento ELF. Los Límites en las fuerzas de diseño calculadas mediante
el análisis del historial de respuestas (RHA) se hacen más conservadores, es decir, hacen lo mismo
que los límites en las fuerzas de diseño calculadas usando análisis del espectro de respuesta (por
ejemplo, 80% de Vs, si la superestructura es regular, 100% de Vs, si la superestructura es regular).
Límites anteriores de las fuerzas de diseño calculadas usando RHA (por ejemplo, 60% de Vs, si la
66
superestructura es regular, 80% de V, si la superestructura es irregular) se consideraron demasiado
indulgentes.
Los requisitos de diseño para el sistema estructural se basan en las fuerzas y derivas obtenidas del
Terremoto 𝑀𝐶𝐸𝑅. que utiliza un conjunto consistente de propiedades del sistema de aislamiento
como se describe en C17.5. El sistema de aislamiento, incluidas todas las conexiones, los
elementos estructurales de soporte y el "espacio", se requiere que sea diseñado (y probado) para el
100 por ciento de la demanda de 𝑀𝐶𝐸𝑅.. Los elementos estructurales por encima del sistema de
aislamiento son ahora diseñados para permanecer en estado elástico para el terremoto 𝑀𝐶𝐸𝑅. Una
estructura similar de base fija
estar diseñado para cargas de terremotos de diseño (2/3 𝑀𝐶𝐸𝑅.) reducidas por un factor de 6 a 8
en lugar de 𝑀𝐶𝐸𝑅. demanda reducida por un factor de hasta 2 para una estructura aislada de base.
C.17.5 Procedimiento de la fuerza lateral equivalente
Los desplazamientos laterales dados en esta sección se aproximan a los desplazamientos máximos
de terremotos de un solo grado de liberta, sistema elástico lineal de período, T, y amortiguación
efectiva 𝛽, Ecuaciones 17.5-1 y 17.5- 3 de ASCE 7-10 proporcionan el desplazamiento máximo
en el sistema de aislamiento en el centro de masa tanto para el diseño y terremotos MCE
respectivamente. En estas ecuaciones anteriores, además de la ecuación actual, los términos de
aceleración espectral en el período aislado, se basa en la premisa de que la porción de período más
largo espectro de respuesta decae como 1 / T. Esta es una suposición conservadora y es la misma
que la requerida para diseño de una estructura de período de base fija convencional, 𝑇𝑀.. Un
término de amortiguación, B, se usa para disminuir (o aumentar) la demanda de desplazamiento
calculado donde el coeficiente de amortiguación efectivo del aislamiento el sistema es mayor (o
más pequeño) que el 5% del amortiguamiento crítico.
Una comparación de valores obtenidos de Eq. 17.5-1 y los obtenidos a partir del análisis
cronológico no lineal se dan en Kircher et al. (1988) y Constantinou et al. (1993).
Las fórmulas de ELF en la nueva edición calculan los desplazamientos laterales mínimos y las
fuerzas requeridas para el diseño del sistema de aislamiento basado solo en las demandas de nivel
𝑀𝐶𝐸𝑅, en lugar de una combinación de los niveles de diseño del terremoto y 𝑀𝐶𝐸𝑅como en
ediciones anteriores.
Los cálculos se realizan por separado para las propiedades del sistema de aislamiento de límite
superior e inferior, y el caso gobernante se considerará para el diseño. Las propiedades de límite
superior generalmente son las que gobiernan, pero no siempre, pero dan como resultado un
desplazamiento máximo (𝐷𝑀) más bajo, mayor amortiguación ((𝛽𝑀)) y fuerzas laterales más altas
((𝑉𝑠𝑡), (𝑉𝑠), y k).
La Sección 17.2.8 relaciona los valores límite del período efectivo, la rigidez y el amortiguamiento
del sistema de aislamiento con el Comportamiento de desplazamiento de la fuerza lateral de límite
superior y límite inferior de los aisladores.
67
C.17.5.3 desplazamiento mínimo lateral
C.17.5.3.1 desplazamiento Máximo total 𝑴𝑪𝑬𝑹.
Las disposiciones de esta sección reflejan el 𝑀𝐶𝐸𝑅.-como la única la base para el diseño y definen
𝑀𝐶𝐸𝑅.como el máximo desplazamiento en términos de aceleración espectral de respuesta 𝑀𝐶𝐸𝑅.,
SM1 en el T) apropiado.
Además, y de igual importancia, el desplazamiento máximo (𝐷𝑀) y el factor de modificación de
amortiguación (𝐵𝑀) se determinan por separado para las propiedades del sistema de aislamiento
del límite superior y del límite inferior. En Disposiciones anteriores, el desplazamiento máximo
(𝐷𝑀) se definió solo en términos de la amortiguación asociado con el desplazamiento del límite
inferior, y esto se combinó con la rigidez del límite superior para determinar la fuerza de diseño.
Este cambio es teóricamente más correcto, pero elimina un conservadurismo significativo en el
ELF diseño de la superestructura. Esta reducción en el conservadurismo del diseño de la
superestructura se compensa con el cambio desde el terremoto de diseño hasta los movimientos
del terreno 𝑀𝐶𝐸𝑅como la base para las fuerzas de diseño de la superestructura.
C.17.5.3.2 Período efectivo para el desplazamiento máximo DE 𝑴𝑪𝑬𝑹
Las disposiciones de esta sección se revisan para reflejar el MCER, solo para el diseño y los
cambios asociados en terminología (aunque manteniendo el concepto de período efectivo). El
período efectivo 𝑇𝑀es también determinado por separado para las propiedades de aislamiento del
límite superior e inferior.
C.17.5.3.5 Desplazamiento máximo total DE 𝑴𝑪𝑬𝑹
Las disposiciones de esta sección se revisan para reflejar el MCER, solo para el diseño y los
cambios asociados. en terminología. Además, la fórmula para calcular el máximo total (de
traslación y de torsión) desplazamiento de MCER que sido revisado para incluir un término y
ecuaciones correspondientes que recompense el aislamiento sistemas configurados para resistir la
torsión (ver Wolff et al., 2013).
El sistema de aislamiento para una estructura aislada sísmicamente debe configurarse para
minimizar la excentricidad entre el centro de masa de la superestructura y el centro de rigidez del
sistema de aislamiento, por lo tanto, reduciendo los efectos de la torsión en el desplazamiento de
los elementos de aislamiento. para estructuras convencionales, se debe tener en cuenta la
excentricidad accidental en ambas direcciones horizontales. La figura C17.5-1 ilustra la
terminología Usada en esta norma. La ecuación 17.5-6 proporciona una fórmula simplificada para
estimar la respuesta causada por la torsión en lugar de un análisis más complicado. El componente
adicional del desplazamiento causada por la torsión aumenta el desplazamiento del diseño en la
esquina de una estructura en aproximadamente un 15% (para un plan perfectamente cuadrado) y
aproximadamente 30 %(para un plan largo y rectangular) si la excentricidad es 5% de la dimensión
máxima del plan. Estos desplazamientos torsionales calculados corresponden a estructuras con un
sistema de aislamiento cuya rigidez se distribuye uniformemente en el plano. Los Sistemas de
68
aislamiento deben tener la rigidez concentrada hacia el perímetro de la estructura, o ciertos
sistemas deslizantes que minimizan los efectos de la excentricidad de masa, dan como resultado
desplazamientos de torsión más pequeños. La norma permite valores de 𝐷𝑇𝐷tan pequeño como
1.15 𝐷𝑀, con la justificación adecuada.
Figura C.17.5-2 Terminología del desplazamiento
C.17.5.4 Fuerzas laterales mínimas
La figura C17.5-2 ilustra la terminología de los elementos, por debajo y encima del sistema de
aislamiento. Ecuación 17.5-7 especifica el cortante elástico generado por el sísmico en todos los
elementos estructurales debajo del sistema de aislamiento (sin reducir de la respuesta dúctil). La
ecuación 17.5-8 especifica el cortante sísmico elástico de todos los elementos estructurales sobre
el sistema de aislamiento. Para estructuras que tienen una deformación inelástica apreciable, esta
ecuación incluye un factor de reducción efectivo 𝑅𝐼 = 3𝑅/8 que no excede 2). Esto asegurará un
comportamiento esencialmente elástico de la superestructura por encima de los aisladores.
69
Figura C.17.5 Terminología del sistema de aislamiento
Estas disposiciones incluyen dos cambios de filosofía significativos en el método de cálculo del
cortante elástico de base para la estructura. En ASCE 7-10 y versiones anteriores de las
disposiciones, las fuerzas cortantes de base se determinaron a partir del evento de diseño
𝐷𝐵𝐸 usando una combinación entre la rigidez efectiva del límite superior y el desplazamiento
máximo obtenido usando las propiedades de límite inferior del sistema de aislamiento como se
muestra esquemáticamente en la figura 17.5-1. Esto era conocido por ser conservador. El cortante
elástico de base de diseño ahora es calculado a partir del evento 𝑀𝐶𝐸𝑅con un conjunto consistente
de propiedades de rigidez de límite superior e inferior, como se muestra en las ecuaciones 17.5-7
y figura C17.5-1.
Figura 17.5-1 Ejemplo nominal, limites superiores e inferiores de las propiedades bilineales de histéresis de un
aislador
Una comparación del antiguo cortante elástico de base para una gama de parámetros de diseño de
sistemas de aislamiento y factores lambda que utilizan las disposiciones ASCE 7-10 y los que
70
utilizan estas nuevas disposiciones se muestran en la Tabla C17.5-1. Esta comparación supone que
el DBE es 2/3 del evento 𝑀𝐶𝐸𝑅 y la porción de período más largo de ambos decaimientos de
espectros como S1 / T. La Tabla C17.5.1 muestra una comparación entre el cortante elástico de
base calculado utilizando las ediciones ASCE / SEI 7-10 y 7-16 para una variedad de niveles de
rendimiento, segundas pendientes y límites multiplicadores de propiedades.
Las celdas verdes en la Tabla C17.5-1 indican que los nuevos cortantes elástico base de diseño
son un 10% mayores que las disposiciones anteriores, las celdas amarillas indican que los nuevos
cortantes elástico base de diseño son de 0 a 10% más altas que las disposiciones anteriores las
provisiones y los globos blancos indican que los nuevos cortantes de base son menores que las
provisiones anteriores.
Tabla C.17.5-1 :
Comparación del cortante de diseño elástico de base – ASCE 7-10 Y 7.16
C.17.5.4.1 sistema de aislamiento y elementos estructurales debajo del nivel base
Las disposiciones de esta sección se revisan para el 𝑀𝐶𝐸𝑅, solo para el diseño y los cambios
asociados. en terminología. Se agregó un nuevo párrafo a esta sección para aclarar que las cargas
laterales no reducidas deberían ser utilizado para determinar las fuerzas de vuelco en el sistema
de aislamiento.
71
C.17.5.42 Elementos estructurales por encima del nivel base
Las disposiciones de esta sección se revisan para reflejar el 𝑀𝐶𝐸𝑅, solo para el diseño y los
cambios asociados. en terminología, incluyendo un nuevo concepto “nivel base “el primer piso
inmediatamente superior al sistema de aislamiento.
Se ha agregado una excepción para permitir que los valores de 𝑅𝐼 excedan el límite actual de 2.0,
siempre que la fuerza de empuje de la superestructura en la deriva MCE o la deriva del piso
0.015ℎ𝑠𝑥 excede (en un 10%) la fuerza máxima 𝑀𝐶𝐸𝑅en la interfaz de aislamiento (𝑉𝑏). Esta
excepción aborda directamente la fuerza requerida y los límites asociados al desplazamiento
inelástico para las demandas de MCE. El método pushover se aborda en ASCE 41-13.
Una nueva fórmula (ecuación 17.5-7) ahora define la fuerza lateral en los elementos por encima
del nivel base en términos de reducción del peso sísmico (peso sísmico excluyendo el nivel base),
y la amortiguación efectiva del sistema de aislamiento, basado en un trabajo reciente (York y Ryan,
2008). En esta formulación, se supone que el nivel base se encuentra inmediatamente (dentro de
cuatro pies) sobre la interfaz de aislamiento. Cuando el nivel base no está ubicado inmediatamente
por encima de la interfaz de aislamiento (por ejemplo, sin losa del piso justo encima de los
aisladores), el peso sísmico completo (sin reducir) de la estructura sobre la interfaz de aislamiento
se utiliza en Eq. 17.5.8 para definir conservadoramente las fuerzas laterales en elementos por
encima del nivel base.
C17.5.4.3 Límites en Vs
Las disposiciones de esta sección se revisan para reflejar el diseño en base únicamente a 𝑀𝐶𝐸𝑅 y
los cambios asociados en terminología.
En la Sección 17.5.4.3, los límites dados en 𝑉𝑠 se revisan para aclarar que la fuerza requerida para
activar completamente el sistema de aislamiento debe basarse en las propiedades de desviación de
fuerza del límite superior del sistema de aislamiento o 1.5 veces las propiedades nominales,
cualquiera que sea mayor. Otros límites incluyen (a) el nivel de rendimiento/ fricción para activar
completamente el sistema de aislamiento y (b) la capacidad máxima de un sistema de restricción
de viento que está destinado a fallar y liberar la superestructura durante una carga lateral
significativa. Estos límites son necesarios para que la superestructura no ceda prematuramente
antes de que el sistema de aislamiento se haya activado y desplazado significativamente.
C.17.5.5 Distribución vertical de la Fuerza
Las disposiciones de esta sección se revisan para incorporar una distribución más precisa de corte
sobre la altura teniendo en cuenta el período de la superestructura y la amortiguación efectiva del
sistema de aislamiento. El método especificado para la distribución vertical de las fuerzas calcula
la fuerza en la base del nivel inmediatamente encima del plano base del aislamiento, luego
72
distribuye el resto de la cortante en la base de los niveles superiores. la masa de la “losa base” por
encima de los aisladores no está incluido en la distribución vertical de las fuerzas.
La propuesta de revisión de la distribución de la fuerza vertical se basa en los últimos estudios
analíticos (York y Ryan, 2008 en colaboración con SEAONC sistemas de protección Subcomité
PSSC). La teoría lineal de aislamiento de la base predice que el cortante en la base se distribuye
uniformemente sobre la altura del edificio, mientras que el procedimiento de fuerza lateral
equivalente de ASCE 7-10 prescribe una distribución de fuerzas laterales que aumentan
linealmente con el aumento de altura. La distribución uniforme es consistente con la primera forma
del modo de un edificio aislado mientras que la distribución lineal es consistente con la primera
forma del modo de un edificio de la base fija. Sin embargo, una distribución lineal puede ser
demasiado conservador para una estructura de edificio aislado, especialmente para un edificio de
uno o dos pisos con una base más pesada.
El principio establecido en el estudio York y Ryan fue desarrollar dos ecuaciones independientes:
uno para predecir el cortante base en la superestructura 𝑉𝑠𝑡 relativo con el cortante base a través
de los aisladores 𝑉𝑏 .y Seguido distribuir 𝑉𝑠𝑡 a lo largo de la altura del edificio. Teniendo en cuenta
una reducción considerable en 𝑉𝑠𝑡 en relación con 𝑉𝑏 seguido por las fuerzas de inercia en el nivel
de base, que pueden ser amplificados debido a la masa desproporcionada en el nivel de base, de
tenerse en cuenta en el diseño. El estudio también supone que el cortante en la base de la
superestructura se distribuyó sobre la altura usando un factor “k” (es decir (la fuerza lateral es ∞
donde 𝑊𝑥 ℎ𝑘𝑥 es 𝑊𝑥 es el peso y ℎ𝑥la altura en el nivel x), donde K=0 la distribución es uniforma
y cuando k=1 la distribución es lineal. En el estudio se desarrollaron modelos de aislación de base
para modelos multi pisos con una única estructura y análisis cronológico de respuesta para un
conjunto de 20 movimientos del terreno escalados con el objetico de desarrollar el espectro
efectivo correspondiente a los parámetros del sistema de aislamiento. El análisis de regresión se
realizó para desarrollar el mejor ajuste (promedio de los resultados de los análisis cronológicos de
respuesta) en la relación entre la superestructura y el cortante base y el factor k como una función
de los parámetros del sistema. Las ecuaciones recomendadas en York y Ryan (2008)
proporcionaron la mejor "opción de ajuste "entre varios considerados, con valores de 𝑅2 superiores
a 0,95. Tenga en cuenta que las ecuaciones 17.5-8 y 17.5-11 en el cambio de código es el mismo
que las Ecuaciones 15 y 17 en York y Ryan (2008), con una modificación: el coeficiente para k en
la ecuación 17.5-11 ha sido modificado para reflejar que el plano de referencia para determinar la
altura debe tomarse como el plano de aislamiento, que está debajo de la losa de base aislada.
Es difícil confirmar por adelantado si la respuesta del sistema de aislamiento de límite superior o
inferior será gobernada por el diseño del sistema de aislamiento y la estructura. Es posible, e
incluso probable, que la distribución correspondiente a las propiedades del sistema de aislamiento
del límite superior regirá el diseño de una parte de la estructura, y la distribución de límite inferior
gobernará otra. Por ejemplo, el límite inferior del sistema de aislamiento puede producir una
respuesta mayor de desplazamiento, 𝐷𝑀, Y un amortiguamiento más bajo 𝛽𝑀,.pero también un
cortante base mas alto 𝑉𝑏. Esto podría resultar en una distribución de fuerza vertical que gobernara
los pisos inferiores de la edificación.
El correspondiente caso del límite superior, produce desplazamientos 𝐷𝑀 más bajos, pero un
amortiguamiento 𝛽𝑀 más alto, podría gobernar el diseño de la parte superior de la estructura a
pesar de que el cortante base 𝑉𝑏 es menor.
73
La propuesta de adoptar el enfoque de York y Ryan es parte de una modernización general que
permitirá que el método de Fuerza Estática Equivalente se extendida a una clase más amplia de
edificios. En York y Ryan (2008), se demostró que el método actual es bastante conservador para
sistemas con niveles bajos o medios de amortiguación combinado con superestructuras rígidas,
pero no es conservador para sistemas con alta amortiguación con superestructuras relativamente
flexibles.
La propuesta ha sido sometida a un alto nivel de escrutinio por parte del comité del código.
Primero, el análisis de regresión se realizó utilizando el conjunto de datos cronológicos de las
respuestas de York y Ryan para adaptarse a varias alternativas de distribuciones sugerido por los
miembros del comité de código que fueron intuitivamente más atractivos. En todos los casos, las
ecuaciones recomendado en York y Ryan mostraron un mejor ajuste a los datos. Segundo, algunos
miembros del comité de código atendieron apropiadamente la validación de las ecuaciones usando
análisis cronológicos de respuesta generada independientemente del conjunto de datos. Se produjo
una gran discusión tras el descubrimiento de que las ecuaciones no eran conservadoras para una
clase de edificios de una y dos plantas con largos períodos de aislamiento y altos niveles de
amortiguación efectivo en el sistema de aislamiento. Esto fue más notable para los edificios de uno
y dos pisos, es decir, con una relación 𝑊𝑠𝑡
𝑊 relativamente baja, predominando la respuesta de base
fija, y donde 𝑇𝑓𝑏 se alineó con el período base en la rigidez inicial del sistema de aislamiento, 𝑇𝑘𝑖.
Se confirmó que el conjunto de datos de York y Ryan contenía casos generados de forma
independiente, y el no conservadurismo se racionalizó como un resultado natural del enfoque de
la regresión. En un intento por eliminar el no conservadurismo, las ecuaciones se ajustaban a las
distribuciones resultantes eran inaceptablemente conservadoras y, por lo tanto, rechazadas.
El conjunto de datos de York y Ryan se amplió posteriormente para ampliar el rango de períodos
de base fija para estructuras de baja altura y para proporcionar una confirmación adicional del
conjunto de datos independiente. Además, el sistema de aislamiento
+ de histéresis del sistema se identificó como el factor más significativo en el grado de modo
superior participación que resulta en un aumento de la relación 𝑉𝑠𝑡
𝑉𝑏 y el factor k. Las disposiciones
ahora identifican esta variable como necesitando un factor k más conservador.
Al calcular la distribución de la fuerza vertical utilizando el procedimiento de fuerza lineal
equivalente, las disposiciones ahora dividen los sistemas de aislamiento en dos amplias categorías
según la forma del ciclo de histéresis. Sistemas que tienen una transición abrupta entre la respuesta
de pre-rendimiento y de rendimiento posterior (o pre-deslizamiento y post-deslizamiento para
sistemas de fricción) se describen como “Strongly Bilinear" y se ha encontrado que típicamente
tienen mayores aceleraciones y fuerzas de la superestructura. Sistemas con una transición gradual
o multietapa entre pre y la respuesta posterior al rendimiento se describe como "Weakly Bilinear
" y se observó que tenían relativamente menor aceleraciones y fuerzas de la superestructura, al
menos para los sistemas que caen con la gama históricamente adoptada de valores de resistencia /
fricción del sistema (fuerza nominal del sistema de aislamiento en desplazamiento cero, 𝐹0 =0.03 ∗ 𝑊 a 𝐹0 = 0.07 ∗ 𝑊
.
74
Esta limitación es aceptable porque los sistemas de aislamiento con niveles de resistencia que caen
significativamente fuera el extremo superior de este rango es probable que tenga propiedades de
límite superior que no cumplan con las limitaciones de Sección 17.4.1, a menos que la rigidez o el
nivel de riesgo posterior a la producción sea alto. Se debe tener cuidado al usar las ecuaciones para
evaluar el rendimiento de los sistemas de aislamiento a niveles de riesgo más bajos como el
equivalente la amortiguación puede aumentar más allá del rango de aplicabilidad del trabajo
original.
La descripción adicional de los dos tipos de ciclo de histéresis se proporciona en la
Tabla C.17.5-2:
Comparación de los sistemas de aislamiento “Strongly Bilinear” y “Weakly Bilinear”
Sistema Tipo
y eq tipo
Característica de
trasmisión pre-pos/
rendimiento
comportamiento
cíclico A
continuación bilineal
Rendimiento /
deformación de
deslizamiento
Ejemplo de
la forma de
la curva
histerisis
Ejemplos de
Sistemas
Strongly
Bilinear
(1-3.5𝜷𝑴)
Transición abrupta
de pre-rendimiento /
deslizamiento para
post-rendimiento /
deslizamiento
Esencialmente lineal
elástico, con
Poca energía de
disipación
Figura
C17.5-4a
• FPS cóncava
individual.
• FPS misma
fricción doble
cóncava \
coeficientes
Superior e inferior.
Weakly
Bilinear
(1-2.5𝜷𝑴)
Smooth o multietapa
de transición a partir
de rendimiento/ pre
deslizamiento para
pos rendimiento /
deslizamiento
disipación de energía
debido
al rendimiento o etapa
inicial de bajo nivel de
fricción en la zona de
deslizamiento
Figura
C17.5-4a
• elastoméricos +
amortiguadores
viscosos.
• Triple-concavidad
FPS.
• de alta
amortiguación de
goma.
• Plomo-goma.
•deslizadores
•elastómericos
respaldados
75
Figura C.17.5-4ª “Strongly Bilineal” ejemplo de sistema de aislamiento Loop
Figura C.17.5-4b “Weakly Bilinear ejemplo de sistema de aislamiento Loop
La captura de este aumento de aceleración y fuerza en el procedimiento de fuerza lineal equivalente
requiere un aumento en la relación 𝑉𝑠𝑡
𝑉𝑏 (Eq.17.5-8A) y del factor de distribución de la fuerza vertical
K (Ec. 17,5-11). En consecuencia, las disposiciones exigen un exponente diferente para ser
utilizado en la ecuación. 17,5-8 para los sistemas que presentan un comportamiento “Strongly
Bilinear”. Similares diferencias se observaron en el facto K (Ec. 17,5-11), pero estas diferencias
se consideraron como insuficientes para ser desarrolladas y ser incluidos en las disposiciones en
este momento y el valor más conservador para los sistemas “Strongly Bilinear” fue adoptado para
ambos tipos de sistemas.
La excepción en la Sección 17.5.5 es una herramienta para abordar el problema identificado en los
edificios de uno y dos pisos, en función de cada proyecto y para simplificar el diseño de estructuras
aisladas sísmicamente al eliminar la necesidad de realizar complejos análisis cronológicos de
respuesta para modelos de edificios en 3D.
cada vez que se cambia el diseño. Al inicio del proyecto se utilizó un análisis de la historia de la
respuesta de un modelo de construcción simplificada (por ejemplo, un modelo de palo sobre
76
aislantes) para establecer una distribución de la fuerza de inercia para el proyecto. El análisis del
modelo 3D de construcción 3D, se puede realizar usando técnicas de análisis estático simples.
Las limitaciones en el uso del procedimiento de fuerza lineal equivalente (Sección 17.4.1) y en el
procedimiento de análisis de espectro de respuesta (Sección 17.4.2.1) proporcionan algunos límites
adicionales. Ítem 17.4.1.6. (A) requiere una fuerza restauradora mínima, que limita efectivamente
la rigidez post-rendimiento a 𝐾𝑑>𝐹𝑜
𝐷𝑀, y también limita la amortiguación efectiva a 32% para un
sistema bilineal.
Ítem 17.4.1.2 y 17.4.1.3 límite del periodo efectivo, 𝑇𝑀 ≤ 4.5 segundos, y el amortiguamiento
efectivo, 𝛽𝑀 ≤ 30%
C17.5.6 límites de deriva
Los límites de deriva se dividen por 𝐶𝑑
𝑅 para estructuras de base fija desde los desplazamientos
calculados para cargas laterales reducidos por R se multiplican por 𝐶𝑑 antes de comprobar la
deriva. El término 𝐶𝑑 utilizado en toda la norma para las estructuras de base fija se aproxima a la
relación de respuesta del terremoto, calculado para fuerzas reducidas. Generalmente, 𝐶𝑑 es 1/2 o
4/5 del valor de R. Para estructuras aisladas, el factor R utilizado tanto para reducir las cargas
laterales y para aumentar desplazamientos (calculado para cargas laterales reducidas) antes de
comprobar la deriva. Se podría obtener una Equivalencia si los límites de deriva para las estructuras
tanto de base fijan y aisladas se basaron en sus respectivos factores R. Puede observarse que los
límites de deriva para estructuras aisladas generalmente son más conservadoras que las estructuras
de base fijan convencional, incluso donde las estructuras de base fijan se asignan a categoría de
riesgo IV. La deriva de piso máximo permitido para el diseño de estructuras aisladas es constante
para todas las categorías de riesgo.
C17.6 Procedimiento de análisis dinámico
Esta sección específica los requisitos y límites para los procedimientos dinámicos. Los limites de
desplazamiento y fuerza de diseño, los procedimientos de espectro de respuesta y el análisis
cronológico de respuesta se muestran en la Tabla C17.4-1.
Un estudio más detallado puede llevarse a cabo de acuerdo con los procedimientos de análisis
descritos en esta sección, compatibles con los requisitos mínimos de la Sección 17.5. Las razones
para realizar un estudio más detallado incluyen:
1. La importancia del edificio.
2. La necesidad de analizar la posible interacción de la estructura y el sistema de aislamiento,
cuando el período de base fija del edificio es mayor que un tercio del periodo de aislado.
3. La necesidad de modelar explícitamente las características de resistencia de fuerza lateral
del sistema, donde la superestructura es irregular.
77
4. La conveniencia de utilizar los datos de movimiento de tierra específicas del sitio,
especialmente para suelos muy blandos o licuables (Sitio de clase F) o para estructuras
localizadas donde S1 es mayor que 0,60.
5. La conveniencia de modelar explícitamente las características de deformación del sistema
de aislamiento. Este punto es especialmente importante para los sistemas que poseen
características de amortiguamiento que son dependientes de la amplitud, en lugar de
depender de la velocidad, debido a que es difícil determinar un valor equivalente de
amortiguación viscosa para estos sistemas.
Cuando se utiliza un análisis cronológico de respuesta como base para el diseño, el desplazamiento
de diseño del sistema de aislación y el diseño de las fuerzas de los elementos de las superestructuras
se calcula a partir de la media de siete pares de movimiento del terreno, cada uno seleccionado y
escalado en conformidad con la Sección 17.3.2.
Las disposiciones permiten una reducción del 10% 𝑉𝑏 por debajo del sistema de aislamiento y la
reducción de 20% de 𝑉𝑏 por encima del sistema de aislación si su configuración es regular. La
reducción del desplazamiento no Debe ser mayor a 20 % si se realiza un análisis dinámico.
Con el fin de evitar la necesidad de realizar un gran número de análisis cronológicos de respuesta
no lineales que incluyen sitios con grandes movimientos, propiedades superiores e inferiores del
sistema de aislamiento, y cinco o más lugares del centro-de-masa, esta disposición permite que los
resultados del análisis del centro de masa puedan ser escalados y sean utilizados para tener en
cuenta los efectos de la excentricidad de masa en diferentes cuadrantes de construcción.
El siguiente es un método recomendado para desarrollar factores de amplificación apropiados para
deformaciones y fuerzas para su uso con el análisis de centro-de-masa NRH, que representan los
efectos de la torsión accidental. Se permite el uso de otros factores de amplificación desarrollados
racionalmente.
Las direcciones más críticas para desplazar el centro calculado de masa son tales que la
excentricidad accidental se suma a la excentricidad inherente en cada dirección ortogonal en cada
nivel. Para cada una de estas dos posiciones de masa excéntrica, y con propiedades de aislamiento
de límite inferior, el conjunto de NLRH análisis se debe ejecutar y los resultados procesados de
acuerdo con la Sección 17.6.3.4. Los casos de análisis se definen en la Tabla C17.6.3.4.1.
Tabla C17.6.3.4.1:
Casos de análisis para establecer factores de amplificación
Caso Propiedades del aislador Excentricidad accidental
I Límite inferior No
IIa Límite inferior Si, dirección X
IIb Límite inferior Si, dirección y
Los resultados de los casos de IIa y IIb se comparan entonces a su vez a los de Caso I. Los
siguientes factores de amplificación (relación de casos IIa o IIb son respuesta al acaso I) se
calculan:
78
a. La amplificación del desplazamiento del sistema de aislamiento en la ubicación plana con
el mayor desplazamiento del aislador;
b. La amplificación de la deriva de piso en la estructura, se localiza en el lugar con la más alta
deriva, envuelve las de todos los pisos
c. La amplificación de fuerzas cortantes en cada piso para la línea se somete a la deriva
máxima.
El mayor de los dos desplazamientos escalados del sistema de aislamiento se debe utilizar como
el factor de amplificación del desplazamiento, la mayor de las dos derivas escaldas se debe utilizar
como el factor de amplificación de deformaciones, y la mayor de las dos fuerzas escaladas debe
usarse como el factor de amplificación de la fuerza. Una vez establecidos los factores de
amplificación, los efectos de excentricidad accidental deben ser considerados de la siguiente
manera:
El procedimiento de análisis cronológico de respuesta no lineal, debe llevarse a cabo para el caso
de excentricidad inherente de masa única, teniendo en cuenta las propiedades del sistema de
aislamiento superior e inferior unidas. Para cada variación en la propiedad del aislador, las
cantidades de respuesta deben ser calculados de conformidad con la Sección 17.6.3.4. Todos los
desplazamientos resultantes del aislador deberían incrementarse por el factor de amplificación del
desplazamiento, todas las cantidades de respuesta de deformación resultantes deberán
incrementarse por el factor de amplificación de deformación y todas las cantidades de fuerza
resultantes deben aumentarse por la amplificación de la fuerza antes de ser utilizados para la
evaluación o el diseño.
El procedimiento para la escala de resultados de análisis dinámicos mínimos basados en ELF que
se describe en la Sección 17.6.4.3 son ligeramente diferentes para espectro de respuesta frente a
un análisis cronológico de respuesta. La razón de esta diferencia es que es necesario crear una base
constante de comparación entre las cantidades de respuesta dinámica y los mínimos basados en
ELF (que se basan en la dirección máxima). Cuando se realiza el análisis de espectro de respuesta,
el desplazamiento del aislador, el cortante de para cada piso usado para la comparación con los
mínimos basados en ELF ya corresponden a una sola dirección de máximo de excitación. Por lo
tanto, no será necesario que la suma vectorial de combinación direccional del 100% / 30% (como
se describe en la Sección 17.6.3.3). Tenga en cuenta, sin embargo, que mientras que la regla de
combinación direccional 100% / 30% no es necesario en la ampliación de los resultados del análisis
del espectro de respuesta a los mínimos basados en ELF de la Sección 17.6.4.3,Cuando el análisis
cronológico de respuesta no lineal se lleva a cabo, el desplazamiento del aislador y cortante en la
base para cada movimiento del terreno se calcula como el máximo de la suma vectorial de los dos
componentes ortogonales (de desplazamiento o cortante en la base) para cada paso de tiempo. La
media de los máximos sobre todos los movimientos del terreno de estos valores vector de suma de
desplazamiento y la base de corte se usa entonces para la comparación con el desplazamiento
mínimo y el cortante base por la Sección 17.6.4.3 basado en ELF.
C17.7 Revisión De Diseño
Las disposiciones permiten un único revisor para evaluar el diseño del sistema de aislamiento. El
revisor debe ser un profesional de diseño registrado y si se requiere el ingeniero de registro puede
79
ser una SE, el propietario puede asegurase de que hayuna SE en el equipo de revisión por pares.
En las estructuras más significativas es probable que el panel de revisión del diseño puede incluir
2 o 3 personas, pero no para muchas estructuras aisladas si no para una sola, si bien el revisor
cualificado es suficiente. Si se selecciona un fabricante con experiencia desconocida en los EE.UU.
como el proveedor, el propietario del edificio puede requerir que el revisor de diseño asistir a las
pruebas de prototipo.
La norma requiere revisión por pares, se debe realizar por los profesionales de diseño y deben ser
independientes del equipo de diseño y contratistas del proyecto. El revisor o el panel de revisión
debe incluir personas con especial experiencia en uno o mas aspectos de diseño, análisis, e
implementación de sistemas de aislación sísmica.
El revisor o el panel de revisión deben estar formados antes de seleccionar los criterios de diseño
(incluyendo los criterios selección dos movimientos del terreno en el sitio en específico) y
opciones de diseño del sistema de aislamiento. Además, el panel de revisión debe tener acceso
completo a toda la información pertinente y la colaboración del equipo de diseño general y las
agencias reguladoras implicadas en el proyecto.
C17.8 Pruebas
Los desplazamientos de diseño y fuerzas, determinadas según la norma asumen que las
características de deformación del sistema de aislamiento se han definido previamente por pruebas
exhaustivas. Si los datos de ensayo no están disponibles para un sistema, las mayores variaciones
de diseño en la estructura pueden ser necesarios después de que las pruebas se han completado.
Esté cambio sería el resultado de las variaciones en las propiedades del sistema de aislamiento
asumidos para el diseño y los obtenidos por la prueba. Por lo tanto, es recomendable que las
pruebas de sistemas prototipos puedan llevarse a cabo durante las primeras fases de diseño, si los
datos de prueba del prototipo no están disponibles por parte de un determinado fabricante.
Los desplazamientos de diseño y fuerzas, determinadas según la norma se basan en la suposición
de que las características de deformación del sistema de aislamiento se han definido previamente
por la cualificación completa y pruebas de prototipo. las Variaciones en las propiedades de
aislamiento son abordados por el uso de factores de variación propiedad que dan cuenta de la
variación esperada en aisladores y sistema de aislamiento con valores nominales asumidos para
las propiedades. En la práctica, para pruebas de prototipo es muy probable que se hallan utilizado
valores para el desarrollo de la estimación de los valores nominales asociados a los factores lambda
utilizados en el proceso de diseño, tal como se describe en la Sección 17.2.8.4.
Cuando las pruebas de prototipo se realizan de acuerdo con la Sección 17.8.2 sirven para validar
y comprobar las propiedades nominales asumidas y factores de variación de propiedad utilizados
en el diseño. Cuando no se llevan a cabo pruebas de prototipo específicas del proyecto, es posible
llevar a cabo un subconjunto de los controles descritos a continuación en las propiedades de ensayo
para una unidad de aislador y sistema de aislamiento utilizando datos del programa de prueba de
control de calidad, como se describe en la Sección 17.8.6
80
C17.8.2.2 Secuencia y Ciclos
La Sección 17.2.8.4 describe el método para establecer las propiedades del aislador mínimas y
máxima para el diseño y el análisis usando la variación de la propiedad o el factor lambda (𝜆)
factores para tener en cuenta por su efecto específico en la tolerancia, la degradación cíclica,
envejecimiento, etc. Por tanto, el análisis estructural será realizado dos veces, y las demandas
resultantes serán la envolvente para el diseño. Para la fuerza base de diseño, parámetros y
procedimientos es relativamente sencillo, ya que típicamente uno u otro caso regirá;
principalmente, pero no siempre, el del límite superior. Sin embargo, para los componentes que
dependen de la fuerza y la deformación, por ejemplo, los aisladores, existen dos conjuntos de
valores de carga y de desplazamiento axial para cada prueba requerida. las Propiedades del límite
inferior generalmente tendrán desplazamientos más grandes y cargas axiales más pequeñas,
mientras que las propiedades del límite superior generalmente tendrán desplazamientos más
pequeños y cargas axiales más grandes. Para evitar que se requiera un conjunto completo de
pruebas duplicadas se realizará para las condiciones de la envolvente inferior y superior, Sección
17.8.2.2 los resultados de la envolvente, serán la combinación de las máximas demandas axiales
de un caso con los máximos desplazamientos de la otra. Estrictamente, estos no ocurrirán
simultáneamente, pero el proceso envolvente es conservador
El proceso de envolvente resultará en cargas axiales de prueba corresponden a las propiedades
máximas y los desplazamientos corresponden a las propiedades mínimas. Por tanto, los resultados
de los ensayos usando la envolvente de demandas, no podrán afectar directamente a las
propiedades de diseño o los resultados de los análisis determinados para propiedades máximos y
mínimos por separado. Sin embargo, la envolvente de demandas se debe realizar para un rango del
proyecto, el profesional de diseño registrado podrá utilizarlos para determinar las propiedades
apropiadas tantos análisis lineales y no lineal utilizando la misma filosofía que aquí proporcionada.
Dos protocolos de ensayo alternativos se incluyen en la Sección 17.8.2.2. Las pruebas tradicionales
de tres ciclos se conservan en el punto 2 (a) para mantener la coherencia con las disposiciones
anteriores. Estas pruebas se pueden realizar de forma dinámica, pero a menudo se han realizado a
baja velocidad consistente con la capacidad del equipo de prueba del fabricante. La secuencia de
prueba alternativa proporcionada en el punto 2 (b) es más adecuado para la prueba dinámica-cíclica
a gran escala
ítem (3) el desplazamiento de prueba se ha cambiado de 𝐷𝑇𝑀a 𝐷𝑀reflejando el interés de las
disposiciones de sólo manejar el evento 𝑀𝐶𝐸𝑅. Desde esta prueba son comunes las secuencias de
prueba 2 (a) y 2 (b) las cuales se convierten en importantes para la determinación de la propiedad.
Este es el único ensayo requerido para ser repetido a diferentes cargas axiales cuando los aisladores
son también elementos que llevan carga axial, que es típicamente el caso. Este cambio fue para
contrarrestar la secuencia crítica de ensayo de disposiciones pasadas representando la entrada de
energía equivalente de muchos eventos 𝑀𝐶𝐸𝑅, y que los programas de prueba prototipo no se
pudo completar en un tiempo razonable si se incluyó ninguna disposición para la refrigeración de
aislamiento y recuperación.
El programa de pruebas actual es, por tanto, más un reflejo de las pruebas mínimas requeridas del
código. El profesional registrado de diseño, y / o el fabricante del aislador, pueden desear realizar
81
pruebas adicionales para caracterizar con mayor precisión el aislador para una gama más amplia
de cargas axiales y desplazamientos que se proporciona aquí. Por ejemplo, esto podría incluir la
realización del artículo 2 (b) prueba dinámica en cargas axiales adicionales una vez que la
secuencia de código requerido es completa.
La afectación por el calor para algunos sistemas puede llegar a ser significativa, y engañosa, si el
tiempo de enfriamiento es insuficiente y no está incluido entre las pruebas adyacentes. Como
consecuencia, en la secuencia de prueba (4) se requieren sólo cinco ciclos de prueba dinámica
continua, ya que esto es un límite de la mayoría de equipos de prueba El primer ciclo o efectos
scragging observadas en algunos aisladores pueden recuperarse con el tiempo, por lo que las
pruebas de espalda con espalda pueden dar lugar a una subestimación de estos afectos. Consulte
Constantinou et al. (MCEER Informe N ° 07 hasta 0012, 2007) y Kalpakidis et al. (MCEER
Informe No. 08-0027, 2008) para obtener información adicional. El impacto de este
comportamiento puede ser mitigado por medio de factores lambda en pruebas realizadas
relativamente pronto en la secuencia antes de que estos efectos se vuelven significativas.
C17.8.2.3 Unidades Dependientes sobre la carga de tarifas
Sección 17.8.2.3 aclara cuando se requiere una prueba dinámica. Muchos aisladores comunes
exhiben un tipo de velocidad dependencia, sin embargo, esta prueba puede ser costoso y sólo puede
ser realizado por un número limitado de laboratorios de ensayo. La intención no es que la prueba
dinámica de los aisladores se realizará para cada proyecto. Debe haber suficientes datos de ensayos
dinámicos, para caracterizar el funcionamiento cíclico del aislador, en particular el cambio en las
propiedades de aislamiento durante la prueba, es decir, con respeto al valor promedio de la prueba.
Las pruebas Dinámicas pueden ser usadas para establecerlos los valores de 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,max)and
𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,min) usando la Sección 17.2.8.4, ya que estos valores típicamente se subestimaron a partir de
datos de prueba de velocidad lenta. Si prototipo de proyecto o pruebas de producción se va a
realizar a velocidades lentas, esta prueba también se utiliza para establecer los factores que
explican el efecto de la velocidad y el calentamiento en los valores promedio de prueba de 𝐾𝑒𝑓𝑓, 𝐾𝑑
y 𝐾𝑙𝑜𝑜𝑝 . Estos factores pueden ser pensados de cualquiera como un conjunto separado de factores
de corrección de velocidad que se aplicarán en los valores promedio de prueba, o puede ser
incorporados en 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,max)and 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,min) valores de ellos mismo.
También es posible modificar el modelo matemático del aislador, por ejemplo, para capturar
algunos o toda la dependencia de la velocidad del aislador, p. el cambio en el nivel de rendimiento
del núcleo de plomo en un aislador de caucho con plomo.
Si se realizan pruebas de prototipos específicos del proyecto, puede ser necesario ajustar la
secuencia de prueba en reconocimiento de las limitaciones de capacidad del equipo de prueba y
esto ahora se reconoce explícitamente en la Sección 17.8.2.2. Por ejemplo, pruebas que combinan
simultáneamente velocidad máxima y desplazamiento máximo puede exceder la capacidad del
equipo de prueba, y también puede no reflejar las características del terremoto. Se puede requerir
un examen más detallado de los resultados del análisis para determinar la velocidad máxima
esperada correspondiente a los diversos niveles de deformación de prueba y para establecer valores
apropiados para la prueba. Remítase a Constantinou et al. (Informe MCEER No. 07-0012, 2007)
para información adicional.
82
17.8.2.4 Unidades dependientes de la carga bilateral
Todos los tipos de aisladores tienen dependencia de carga bilateral en algún grado. Los modelos
matemáticos utilizados en el análisis estructural pueden incluir algunas o todas las características
de carga bilateral para el tipo de aislador en particular bajo consideración. De lo contrario, puede
ser necesario examinar los datos de prueba del prototipo para establecer el impacto en la respuesta
de fuerza-deformación del aislador como resultado de las demandas de carga bilaterales esperadas.
Usar un factor 𝜆 de límite es uno de los métodos para tratar los efectos que no pueden ser
incorporado fácilmente en el modelo matemático aislador.
La prueba de aislamiento bilateral es compleja y solo existen algunas instalaciones de prueba que
son capaces de realizar estas pruebas. La prueba de carga bilateral específica de proyecto no se ha
realizado para proyectos de aislamiento completos hasta la fecha. En lugar de realizar pruebas
específicas del proyecto, los requisitos de similitud menos restrictivos pueden ser considerados
por el profesional de diseño registrado en comparación con los requeridos para los datos de prueba
presentados para satisfacer la similitud de las Secciones 17.8.2.2 y 17.8.2.5. Remítase a
Constantinou et al. (Informe MCEER No. 07- 0012, 2007) para información adicional.
C17.8.2.5 Carga vertical máxima y mínima
La excepción a la Sección 17.8.2.5 permite que las pruebas se realicen dos veces, una vez con las
demandas resultante de las propiedades de límite superior y una vez con propiedades de límite
inferior. Esta opción puede ser preferida para realizar las pruebas del aislador en 𝐷𝑇𝑀, ya que el
aislador estará más cerca de su capacidad máxima.
C17.8.2.7 Prueba de unidades similares
La Sección 17.8.2.7 ahora proporciona límites específicos relacionados con la aceptabilidad de
los datos de las pruebas de los aisladores. Se permite un rango más amplio de aceptabilidad para
los datos de prueba dinámicos.
1. Los datos de prueba presentados, deben demostrar la capacidad del fabricante para producir con
éxito los aisladores que son comparables en tamaño a los prototipos del proyecto, para parámetros
de dimensiones relevantes, y para probarlos bajo demandas de fuerza y desplazamiento
equivalentes a los requerido para el proyecto.
2. Se prefiere que los datos de prueba enviados sean suficientes para satisfacer al profesional de
diseño registrado. y la revisión del diseño se realice a pocos tipos diferentes de aisladores y
programas de prueba como sea posible. No obstante, puede ser necesario considerar datos para el
aislador A para satisfacer un aspecto del programa de prueba del prototipo del proyecto requerido,
y datos del aislador B para otro.
3. Para pruebas más complejas, puede ser necesario aceptar una variación más amplia del aislador,
mayor dimensión o pruebas que establezcan fundamentalmente las características nominales de
funcionamiento. la prueba requerida para caracterizar el aislador para la tasa de carga (Sección
17.8.2.3) y carga bilateral (Sección 17.8.2.4).
83
4. Se espera que el profesional de diseño registrado no examine los procedimientos de control de
calidad en detalle, si los aisladores propuestos fueron fabricados utilizando métodos y materiales
similares, Por el contrario, es responsabilidad del fabricante documentar las diferencias
específicas, en su caso, preferiblemente a través de documentación de control de calidad trazable,
y corroborar que cualquier variación no es significativa
5. en algunos casos el fabricante posiblemente no desea divulgar información de propiedad
respecto a métodos de fabricación de aislamiento, materiales, o procedimientos de control de
calidad. Esas preocupaciones pueden o no ser aliviadas por acuerdos de confidencialidad u otros
medios para limitar la distribución y publicación de material sensible. Independientemente, la
aceptabilidad final de la información de prueba de unidades similares será exclusivo criterio del
profesional de diseño registrado y el diseño de revisión, y no el fabricante.
La similitud puede ser especialmente problemática en una situación de oferta competitiva, cuando
la selección es exitosa puede depender del éxito de un proveedor al eliminar la necesidad de de
fabricar y probar prototipos específicos de aislamientos. Esto puede ser abordado determinando la
aceptabilidad de los datos de similitud antes de la oferta, o al incluir disposiciones de aceptación
de similitud más detalladas en la documentación de oferta que se ha proporcionado aquí.
Dirigirse a Constantinou et al. (MCEER reporte No. 07-0012,2007) y Shenton et al. (NISTR 5800)
para información adicional.
C17.8.3 Determinación de las características fuerza-deformación
El método para determinar la rigidez del aislador y la tasa de amortiguamiento efectiva se
especifica en la sección 17.8-1 y 17.8-2. Se proporciona una dirección explícita para establecer la
rigidez efectiva y tasa de amortiguación efectiva para cada ciclo de prueba. También se
proporciona un procedimiento para ajustar un ciclo bilineal para una prueba dada, o un ciclo de
prueba promedio para determinar la rigidez post-rendimiento, 𝐾𝑑. Este proceso puede ser realizado
de varias maneras diferentes, sin embargo, el ciclo bilineal ajustado también debe coincidir con la
rigidez efectiva y energía disipada por el ciclo de prueba. Una vez que 𝐾𝑑 se establece las otras
propiedades del ciclo bilineal, 𝑓𝑦, 𝑓𝑜, etc. todos siguen del modelo bilineal.
Según el tipo de aislador y el grado de sofisticación del ciclo de histéresis del aislador adoptado
en el análisis, también se pueden calcular parámetros adicionales como diferentes coeficientes de
fricción, valles tangenciales de rigidez, propiedades de ciclo tri-lineal, etc.
Estos parámetros se utilizan para desarrollar un modelo matemático de los aisladores probando la
réplica de la histéresis, tan cerca como sea posible, la prueba observada responde a una prueba
cíclica dada. El modelo debería coincidir con la rigidez efectiva y una tasa de amortiguamiento
efectivo, y deberían dar como resultado un buen ajuste visual al ciclo de histéresis con respecto a
los parámetros adicionales. El modelo de ciclo matemático debe, como mínimo, emparejar la
84
rigidez efectiva y el área del ciclo de prueba dentro del grado de variación adoptado dentro
𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,max)and 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,min).
Los Datos del primer ciclo (o la mitad del ciclo) de la prueba usualmente no representan el
comportamiento del ciclo completo y típicamente es descartado por fabricantes durante el
procesamiento de datos. Se agrega un ciclo adicional (o medio ciclo) al final para proporcionar el
número requerido de ciclos de prueba a partir de los cuales se pueden extraer los datos. Sin
embargo, el primer ciclo de prueba suele ser importante al establecer el límite superior de las
propiedades del aislador y podrá ser incluido cuando de calculan 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,max)and 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,min).sim
embargo La forma del ciclo de prueba será diferente a la de un ciclo a escala real , particularmente
para sistemas de aislamiento de péndulo de fricción con dos o tres concavidades . Esto puede
requerir que se tengan en cuenta diferentes parámetros de histéresis a los descritos por el modelo
bilineal en la figura 17.8.3-1.
La rigidez efectiva y la tasa de amortiguación efectiva se requieren en análisis del espectro de
respuesta linear estático. Sin embargo, incluso si se realiza un análisis cronológico de respuesta
no lineal, estos parámetros siguen siendo requerido para verificar los desplazamientos laterales
mínimos requeridos y las fuerzas laterales de las Secciones 17.5.3 y 17.5.4 respectivamente.
C17.8.4 Determinación de las propiedades de prueba de la unidad de aislamiento para el
diseño
Para cada tipo de aislador, la relación entre la rigidez efectiva y el amortiguamiento efectivo para
una carga axial de prueba determinada, la prueba de desplazamiento y el ciclo de prueba se
determinan de acuerdo con la Sección 17.8.3. Para el ítem 17.8.2.2 2 (a) secuencia de prueba
dinámica hay dos ciclos en cada incremento de desplazamiento de prueba, para la tradicional
secuencia de baja velocidad hay tres.
Sin embargo, como parte del sistema de aislación sísmico, la carga axial en un aislador dado variara
durante un solo ciclo completo de carga. El rango requerido de variación es asumido para ser
definido por la prueba de combinaciones de carga requerida en la sección 17.2.4.6, y las
propiedades apropiadas para el análisis son asumidas para ser el promedio de las propiedades a
tres cargas axiales. La prueba realizada por la sección 17.8.2.2 ítem (3) es fundamental para esta
evaluación desde que los tres ciclos de prueba se realizan para todas las tres cargas axiales en
común para ambos, el dinámico y la secuencia de baja velocidad.
Además, dado que todos los aisladores deben someterse a la misma carga cíclica horizontal total
como parte del mismo sistema, se asume que es apropiado ensamblar las propiedades totales del
sistema de aislamiento sísmico usando la siguiente secuencia:
85
1. Promedie los resultados de la prueba para un aislador y ciclo de carga dados a través de
las tres cargas axiales de prueba. Calcule también los factores lambda de prueba
correspondientes para cada tipo de aislador.
2. Sume las propiedades del sistema de aislamiento total para cada ciclo de carga de acuerdo
con la cantidad de aisladores de cada tipo
3. Determinar los valores máximos y mínimos de la rigidez efectiva total del sistema sobre
tres ciclos de prueba, y los valores correspondientes de la relación de amortiguación
efectiva. También calcular los factores lambda de prueba para el sistema de aislamiento
global
Dos conjuntos de pruebas de factores de lambda emergen de este proceso, esos son aplicables
para aisladores individuales determinados en (1) y esos aplicables para el sistema aislado en
general, propiedades determinadas en (3). En general, la prueba de los factores de lambda para
aisladores individuales probados será similar para cada tipo de aislador, el cual será similar para
ese sistema aislador en general. Si este es el caso puede ser más conveniente para simplificar los
factores de lambda asumidos durante el diseño para reflejar sobre valores razonables para ser
aplicados para todos los tipos de aisladores.
De este proceso emergen dos conjuntos de factores lambda de prueba, Esos son aplicables para
aisladores individuales determinados en (1) y los aplicables a las propiedades generales del
sistema de aislamiento determinadas en (3). En general, los factores lambda de prueba para las
pruebas individuales de aislador serán similares a los de cada tipo de aislador, que será similar a
la del sistema de aislamiento global. Si este es el caso, puede ser más conveniente para
simplificar los factores lambda asumidos durante el diseño para reflejar valores de envolvente
razonables que se aplicarán a todos los tipos de aisladores
Sin embargo, si los factores lambda de prueba que surgen de las pruebas de prototipos específicos
del proyecto difieren significativamente de los asumidos durante el diseño, puede ser útil construir
las propiedades del sistema como se describe anteriormente, ya que los factores lambda de prueba
inesperadamente altos para un tipo de aislador pueden ser compensados por factores lambda de
prueba para otro tipo de aislador que fuera menor que los valores asumidos. En esta circunstancia,
el prototipo de prueba los resultados pueden considerarse aceptables, siempre que el
comportamiento torsional del sistema no sea significativamente afectado, y que la conexión del
aislador y los miembros adyacentes pueden acomodar cualquier aumento resultante en las
demandas de la fuerza local.
Esto se observa más comúnmente con una rigidez efectiva y valores de amortiguación efectiva
para la fricción basados en aisladores, ya que el promedio de las tres cargas axiales de prueba
requeridas en la Sección 17.8.2.2 no exactamente coincida con el presente en el aislador durante
el análisis lateral (el peso sísmico, típicamente 1.0 x Carga muerta). En este caso, puede ser
necesario un ajuste adicional de las propiedades. Una vez que la prueba de relación de rigidez
efectiva y amortiguamiento efectivo del sistema de aislamiento se han establecido estos se
86
comparan con los valores asumido para el diseño en la Sección 17.2.8.4, definido por los valores
nominales y los valores de 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,max)and 𝜆(𝑡𝑒𝑠𝑡,min)
En la práctica, en lugar de realizar pruebas prototipo para uso directo en el análisis, se puede ser
más simple al usar datos de pruebas de prototipos, o datos de pruebas aceptables de unidades
similares (ver Sección 17.8.2.7), para establecer relaciones directas de las propiedades del aislador
para carga axial, velocidad, etc. Si las relaciones se establecen para la curva de para parámetros,
tales como fuerza resistente, relación de fricción, rigidez inicial y el rendimiento posterior rigidez,
estos se pueden utilizar para generar la unidad de aislamiento requerida, la rigidez efectiva del
sistema de aislamiento y las relaciones de amortiguamiento efectivas para el proyecto en el rango
operativo requerido.
Producción de pruebas
El número de producción de unidades de aislamiento para ser probado en compresión combinada
y cortante es debe ser del 100%. El diseñador profesional registrado es responsable de definir en
las especificaciones del proyecto el alcance de la calidad de manufactura con un programa de
control. El diseñador profesional registrado decide el rango de aceptación de las variaciones en las
propiedades de producción de las unidades de aisladores. El 100% de los aisladores del tipo y
tamaño dado se prueban con compresión y corte combinados y la variación permisible de la media
debe estar dentro de la tolerancia especificada en la Sección 17.2.8.4 (+/- 10% o +/- 15%).
Individual a los aisladores se les puede permitir una variación más amplia (+/- 15% o +/- 20%) de
las propiedades nominales de diseño. Por ejemplo, se puede permitir que la media de la resistencia
característica, Q, para todos los aisladores evaluados varíe sin más de ± 10% del valor especificado
de Q, pero la fuerza característica para cualquier aislamiento individual Puede permitirse que la
unidad no varíe más de ± 15% del valor especificado de Q. Otra opción común en el rango de
desviación permitido en las propiedades especificadas es de ± 15% para el valor medio de todas
las pruebas de unidades de aislamiento, y ± 20% para cualquier unidad de aislamiento individual
La prueba combinada de compresión y cortante de los aisladores revela las características más
relevantes de la unidad de aislamiento, y permite que el profesional de diseño registrado verifique
la producción de la unidad de aislamiento, las unidades proporcionan un comportamiento carga-
deflexión que es consistente con las suposiciones de diseño estructural. A pesar de que Las pruebas
verticales de carga deflexión se han especificado en los programas de prueba de control de calidad,
los valores de esta prueba son típicamente de poco valor. Se debe considerar el costo general y los
impactos del cronograma de realizar múltiples tipos de pruebas de control de calidad, y solo
aquellas pruebas que son directamente relevantes para verificar las propiedades de diseño de las
unidades de aislamiento deben especificarse.
Cuando no se realice una prueba de prototipo específica de proyecto de acuerdo con la Sección
17.8.2, la producción del programa de prueba deberá evaluar el rendimiento de cada tipo de unidad
de aislamiento para los efectos de variación de propiedad de Sección 17.2.8.4.
87
9. MARCO LEGAL
Para la realización del presente trabajo fue necesario conocer las norma nacionales e
internacionales, existentes en lo referente al aislamiento de base
9.1 Reglamento Colombiano De Construcción Sismo Resistente NSR-10
La norma NSR -10 hace referencia a las estructuras aisladas sísmicamente y disipadores de energía
en los ítems (A.3.8- ESTRUCTURAS AISLADAS SÍSMICAMENTE EN SU BASE Y A3.9-
USO DE ELEMENTOS DISIPADORES DE ENERGIA) respectivamente, además, el diseño y
construcción de estructuras aisladas sísmicamente en su base, se deben cumplir los requisitos de
los artículos 10 y 11 de la ley 400 de 1997, asumiendo el diseñador estructural y el constructor las
responsabilidades que allí se indiquen.
9.1.1 Estructuras Aisladas Sísmicamente en su Base
De acuerdo con la norma sismo resistente se permite el empleo de estructuras aisladas
sísmicamente en su base, siempre y cuando se cumplan en su totalidad los requisitos al respecto
de uno de los dos documentos siguientes
9.1.2 Uso de Elementos Disipadores de Energía
permite el empleo de estructuras aisladas sísmicamente en su base, siempre y cuando se
cumplan en su totalidad los requisitos al respecto de uno de los dos documentos siguientes
o “NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings —
Provisions and Commentary”, 2003 Edition, Federal Emergency Management Agency,
FEMA 450, Building Seismic Safety Council, National Institute of Buildings Sciences,
Washington, D.C., USA, 2004.
88
o “Minimum Design Loads for Building and Other Structures”, ASCE/SEI 7-05, Structural
Engineering Institute of the American Society of Civil Engineers, Reston, Virginia, USA,
2006
9.2 Ley 400 de 1997 Diario Oficial No.43.113, del 25 De agosto de 1997 Por el Cual Se
Adoptan Normas De Construcción Sismo Resistentes.
Título III diseño y construcción, capitulo II otros materiales y métodos alternos de diseño y
construcción
9.2.1 Articulo 10
METODOS ALTERNOS DE ANALISI Y DISEÑO, se permite el uso de métodos de análisis y
diseño estructural diferentes a los prescritos por esta ley y sus reglamentos siempre y cuando el
diseñador estructural presente evidencia que demuestre que la alternativa propuesta cumple con
sus propósitos en cuanto a seguridad, durabilidad y resistencia especialmente sísmica, y además
se sujete a uno de los procedimientos siguientes
o Presentar con los documentos necesario para la obtención de la licencia de construcción
de la edificación, la evidencia demostrativa y un memorial en el cual inequívocamente
acepta la responsabilidad sobre las metodologías de análisis y diseño alternas
o Obtener una autorización previa de la “Comisión Asesora Permanente para el Régimen
de Construcciones Sismo Resistentes” de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 14, que
le permita su utilización, sujeto al régimen de responsabilidades establecido en la
presente ley y sus reglamentos
9.2.2 Articulo 11
METODOS ALTERNOS DE CONTRUCCION. se permite el uso de métodos alternos de
construcción y de materiales cubiertos, pero cuya metodología constructiva sea diferente a la
89
prescrita por estos, siempre y cuando el diseñador estructural y constructor presenten, en
conjunto, un memorial en el cual inequívocamente aceptan las responsabilidades que se
derivan de la metodología alterna de construcción
9.3 International Building Code (IBC) 2009
Código desarrollado por las Asociación de Ingenieros Estructurales del comité de sismología del
estado de California, este código contiene las recomendaciones especiales para la modelación de
aisladores sísmicos y se encuentra respaldado por el “INTERNATIONAL CODE COUNCIL
(ICC)”
9.4 Minimum Design Loads for Building and Other Structures ASCE STANDARD-ASCE
7-16
En este documento se contempla toda la información necesaria el diseño y análisis de estructuras
aisladas sísmicamente, disposiciones del capítulo 17
o Generalidades
o Requisitos de diseño generales
o Movimientos del terreno para sistemas aislados
o Selección del procedimiento de análisis
o Procedimientos de fuerza lateral equivalente
o Procedimiento de análisis dinámico
o Revisión de diseño
o Pruebas
8.5 FEMA 350: Federal EMERGENCY MANAGAMENTO AGENCY
90
10. CONCLUSIONES
o El poder contar con una normativa de Aislamiento sísmico local que rija el diseño de las
edificaciones aisladas, se constituye como un paso fundamental para la ingeniería, en su
búsqueda de soluciones al problema sísmico de las edificaciones en el país. Además, esto
incentiva estudios e investigaciones en este campo, enfocadas en evidenciar las ventajas
que trae el uso de estos sistemas en el contexto local.
o Los cálculos ilustrativos por medio del programa Mathcad permitieron corroborar la
consistencia en unidades de las ecuaciones empleadas en el borrador de la futura norma
de aislamiento sísmico.
o Al comparar los criterios de diseño entre las versiones ASCE 7-10; ASCE 7-16 se pueden
establecer cambios significativos tales como: el ítem de configuración, el concepto de
desplazamiento de diseño se elimina de una versión a otra y el cálculo de los efectos
torsionales cambia para ASCE 7-16
o El uso de aisladores, producidos por fabricantes reconocidos por su alta calidad, garantiza
que los factores modificadores de propiedad (Kd, k, K1, K2, Qd) tomen valores menores
al 80%, lo cual es menor a los exigidos por las normas para los limites superiores del
aislador, para los casos en que se trabajan con aisladores de fabricantes desconocidos o
fabricantes sin información estos valores toman un valor de más del 80%. En las tablas
11,12,13,14 se puede observar como varia el factor de modificación para cada tipo de
aislador, dependiendo del fabricante del aislador, factores importantes a tener en cuanto a
la hora de caracterizar las propiedades dinámicas y mecánicas del aislador, indispensables
para llevar a cabo el diseño del sistema de aislación.
91
o Durante la participación en el proyecto de la norma de aislamiento sísmico, por medio del
Ingeniero Carlos Mario Piscal, se lograron desarrollar actividades de importancia, que
permiten entender la relevancia del proyecto, conocer carencia de proyectos de
investigación y aplicación donde se demuestre las ventajas estructurales de la técnica para
Colombia.
92
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93
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