CAPTULO II: REVISIN DE LOS CRITERIOS DE DISEO DE AMBAS NORMATIVAS.

2.1 Introduccin.

En el presente captulo se hace una descripcin de las disposiciones para el diseo ssmico industrial establecidas en las normas de diseo en estudio. Se realiza una descripcin de la norma Divisional de Codelco Norte mostrando los parmetros y consideraciones ms importantes para el diseo sismorresistente, adems se realiza un paralelismo con las disposiciones de la normativa nacional describiendo las disposiciones de la norma ssmica nch 2369 of 2003. Se describe principalmente las cargas eventuales de viento y sismo, debido a que son estas cargas las que presentan las principales diferencias entre las normativas. El resto de solicitaciones involucradas en el diseo de una estructura industrial se comentar en el anexo A de este documento. Por ltimo, se realiza un anlisis de la condicin ssmica en la que podra encontrarse Chuquicamata y sus alrededores, en base a registros histricos y recientes de movimientos ssmicos de gran magnitud ocurridos en la zona norte del pas. Existiendo la posibilidad de una brecha ssmica en la zona donde se encuentra el mineral de Chuquicamata.

2.2 Normativa divisional civil estructural CD-7.

Estos criterios divisionales son aplicados en el diseo de todas las estructuras proyectadas en la divisin Codelco Norte, el CD7 estipula que las materias no tratadas en el documento deben ajustarse a la normativa americana Uniform Building Code (UBC), en el caso que existan materias no tratadas por ninguna de estas dos normas el CD7 indica que estas materias pueden ajustarse a la normativa nacional vigente.

2.2.1 Cargas ssmicas.

2.2.1.1 Disposiciones de aplicacin general. Se podr optar entre un anlisis esttico o un anlisis dinmico, ser suficiente un anlisis ssmico esttico para estructuras cuya distribucin de masas y/o rigidez sea regular en planta y en elevacin. Para estructuras capaces de ser reducidas a sistemas de un grado de libertad, tales como tolvas, estanques y depsitos elevados, etc., se debera realizar un anlisis esttico. El anlisis dinmico se utilizar en aquellas estructuras en donde las hiptesis bsicas del mtodo esttico mencionadas anteriormente no son aplicables, ejemplo:

y

Edificios y equipos importantes. Equipos de gran masa con movimiento vibratorio. Edificios de hormign armado que excedan los 45 m de altura o 15 pisos. Edificios de acero que sobrepasen los 18 m de altura. Edificios y estructuras irregulares en planta donde ocurra lo siguiente: a) b) Configuracin geomtrica alejada de la doble simetra. Momentos torsionales potencialmente grandes debido a la excentricidad significativa entre el sistema ssmico resistente y la masa tributaria a cualquier nivel. c) Equipo para trabajo pesado que no se encuentra uniformemente distribuido en cada nivel de piso. Edificios y estructuras irregulares en configuracin vertical donde ocurra lo siguiente: a) b) c) d) Configuracin geomtrica alrededor del eje vertical, no

y

y

y

y

y

aproximadamente simtrico. Relaciones masa-rigidez entre diferentes pisos o niveles de carga que varen significativamente. Importantes y obvias diferencias en rigidez de las diferentes lneas de resistencia. Edificios y estructuras que soporten equipos colgantes pesados.

Para cualquier mtodo que se utilice las cargas vivas aplicadas a la estructura se deben reducir de acuerdo con su probabilidad de ocurrencia bajo condiciones ssmicas. Se aplicarn los siguientes coeficientes para determinar las cargas vivas ssmicas: Almacenamiento, bodegas, archivos Otros pisos Techos 0,5. 0,25. 0.

En general, un anlisis esttico ser suficiente. En el caso de estructuras o situaciones especiales puede ser requerido un anlisis ssmico dinmico. Las estructuras se analizarn para 2 direcciones horizontales mutuamente ortogonales y sus miembros se disearn para la combinacin ms desfavorable. Si un elemento forma parte de dos o ms lneas sismo resistentes, ste ser diseado para el 100% de las fuerzas ssmicas en una direccin ms el 30% de las fuerzas ssmicas en la direccin ortogonal, utilizndose la combinacin ms desfavorable.

2.2.1.2 Zonificacin ssmica La sismicidad de Chuquicamata ser considerada como zona 3, de alto riesgo ssmico o mayor dao, segn la definicin del Uniform Building Code (UBC)1985, aunque se originen en fenmenos distintos, subduccin transcursin de placas. en vez de

Figura 2.1. Zonificacin ssmica definida en UBC-85 adoptada para Chuquicamata.

2.2.1.3 Anlisis ssmico esttico.

y

Corte basal.

La carga total horizontal de corte o corte basal se calcular en la direccin de cada uno de los ejes principales de la estructura, usando la siguiente expresin: Donde: V I C W : : : : Corte basal. Factor de importancia. Coeficiente ssmico, dependiente del perodo fundamental De la estructura. Carga permanente de la estructura y equipos ms carga Viva ssmica reducida.

Ec. 2-1

Corte basal mnimo. El mnimo valor de V ser de:

Ec. 2-2

Corte basal mximo. No es necesario que el corte basal exceda de 0,40 W, excepto para estructuras muy especiales y soportes de equipo elctrico.

y

Factor de zona.

De acuerdo a la zonificacin ssmica definida anteriormente se definen los siguientes factores de zona: Zona 0 Zona 1 Zona 2 Zona 3 : : : : 0,25 0,5 0,75 1

Este factor de zona se define como Ao/g estableciendo una aceleracin efectiva de igual a 1, el CD7 estipula que Chuquicamata se encuentra en una zona ssmica de alto riesgo, por esto el factor de Zona a utilizar ser de Z=1.

y

Coeficiente ssmico.

El coeficiente ssmico esta dado por la siguiente expresin:

Ec. 2-3

Donde: Z R S T To : : : : :

Ec. 2-4

Factor de zona. Coeficiente de modificacin de respuesta. (Ver Anexo A tabla-A.2.) Coeficiente de perfil de suelo. (Ver Anexo A tabla-A.3.) Perodo natural. Perodo lmite del tramo horizontal del coeficiente Ssmico C. (Ver Anexo A tabla-A.6.)

Segn CD7, Chuquicamata deber usar como coeficiente del perfil del suelo un valor de S=1,2. A excepcin de casos particulares en donde el perfil de suelo sea del tipo S3. Para esta investigacin el coeficiente a utilizar ser el mencionado anteriormente para perfiles de suelo tipo S2.

y

Coeficiente ssmico vertical. 0,67 C para calcular las

Se considerar un coeficiente ssmico vertical de

fuerzas ssmicas verticales que actan simultneamente con las fuerzas horizontales para estructuras que soportan simultneamente equipo pesado colgante y maquinaria mvil de grandes dimensiones, tales como apiladorasrecogedoras (stackers-reclaimers) y gras tipo portal.

y

Torsin ssmica.

El anlisis ssmico puede desarrollarse independientemente en dos direcciones horizontales mutuamente perpendiculares, siempre que se d la debida consideracin a la torsin ssmica causada por la excentricidad entre el centro de masas y el centro de rigidez en cada nivel horizontal rgido. Para tomar en cuenta el efecto de la torsin accidental deber sumarse momentos torsores en el centro de gravedad de la estructura determinados por el producto de las fuerzas ssmicas en el piso por la siguiente excentricidad: En que: bky bkx Zk : : : Dimensin en direccin X, de la planta del nivel k. Dimensin en direccin Y, de la planta del nivel k. Altura del nivel k, sobre el nivel basal. parasismosegnX

Ec. 2-5

parasismosegnY Ec. 2-6

2.2.1.4 Anlisis ssmico dinmico.

Para este tipo de anlisis el criterio de diseo CD7 indica que se utilizar el mtodo de espectro de respuesta. Espectro de aceleracin.

y

Para el anlisis dinmico se utilizar un espectro de aceleracin consistente con los coeficientes definidos para el anlisis esttico.

Ec. 2-7

Ec. 2-8

En que: R Tn To S g Z I : : : : : : : Coeficiente de modificacin de respuesta, (Ver Anexo A tabla-A.2.) Perodo de n-simo modo natural en estudio. Perodo lmite, (Ver Anexo A tabla-A.6.) Coeficiente caracterstico del suelo, (Ver Anexo A tabla-A.3.) Aceleracin de gravedad. Factor de zona. Factor de importancia.

y

Superposicin modal.

El criterio de superposicin adoptado por CD7 que se utilizar para obtener los mximos probables de esfuerzos y deformaciones, a partir de los mximos de cada modo, ser el mtodo denominado CQC Complete Quadratic Combination que es utilizado en la normativa nacional y ser mostrado ms adelante. Nmero de modos.

y

El nmero de modos que se deben incluir en el anlisis dinmico debe ser tal que incluya al menos un 95% de la masa total del sistema, pero nunca menos que los cinco primeros modos.

y

Corte Basal mnimo.

Despus de la combinacin de los mximos modales el corte basal no deber ser menos que el 6% del peso ssmico W. Si los clculos arrojan un esfuerzo de corte basal menor que el 6% de las cargas verticales despus de la combinacin de los valores modales, todas las respuestas modales (deformaciones, fuerzas, etc.) se amplificarn por el mismo factor hasta alcanzar el esfuerzo de corte basal mnimo de 0,06 W.

2.2.2 Cargas de viento.

Para el clculo de las fuerzas debidas a la accin del viento, el CD7 aplica lo especificado en la norma Nch 432 of 71, excluyendo la tabla de presiones bsicas que ser reemplazada por la que se muestra a continuacin.Tabla 2. 1 Presiones bsicas para vientos en Chuquicamata.

Altura Sobre el Nivel del Suelo (m). 0 4 7 10 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300 2.2.3 Combinaciones de cargas CD7.

Presin Bsica (Kg/m2) 90 90 119 129 141 149 159 166 172 183 190 200 207 223

Las estructuras se proyectarn para la ms crtica de las siguientes combinaciones de carga:

2.2.3.1 Diseo por tensiones admisibles: I. II. III. IV. Cargas muertas, Cargas vivas, Cargas de operacin, Cargas de Temperatura (si es significativa). Cargas muertas, Cargas vivas, Cargas de operacin, Cargas de viento o sismo, Cargas de temperatura. Cargas muertas, Cargas muertas de montaje y Cargas vivas de montaje. Cargas de transporte.

Para equipos especiales se establecern otras combinaciones de acuerdo con el carcter normal o eventual de las cargas producidas por estos. Las cargas de puente gra en edificios industriales se considerarn como sigue: y Para combinacin I: a) Un puente gra con impacto vertical, empuje lateral y traccin longitudinal. b) Un puente gra con empuje lateral y traccin longitudinal ms la carga vertical inducida por otros puentes gra sin incluir impacto. Para combinacin II: a) Un puente gra sin ningn efecto dinmico, combinado con cargas de viento. b) Todos los puentes gra sin carga, sin efecto dinmico combinados con solicitacin ssmica. c) Impacto de un puente gra en el tope del riel, sin considerar viento ni terremoto.

y

En el caso de haber ms de un puente gra en la estructura, se deber utilizar las combinaciones de carga establecidas en la norma AISE Technical Report N13 ao 2003 para analizar el efecto de las cargas dinmicas producidas por los puentes gras en la estructura. 2.2.3.2 Combinaciones AISE a utilizar: I. II. III. IV. V. VI. En donde: D L : : Carga permanentes. Acciones variables debidas al uso y ocupacin de la edificacin, incluyendo las cargas debidas a objetos mviles y el equipamiento que puede cambiar de sitio con excepcin de cargas de puentes gras. Lr R S W E : : : : : Sobrecarga de techo. Cargas de lluvias. Cargas de nieve. Cargas de viento. Cargas ssmicas. D + L + (Lr or R or S) + Cvs + Ci + Css + Cls D + L + (Lr or R or S) + Cvm + Css + Cls D + L + (Lr or R or S) + Cvs + Ci + W D + L + (Lr or R or S) + Cvs + Ci + Css + 0,5 W D + L + (Lr or R or S) + Cvs + Ci + 0,67 Cbs D + L + (Lr or R or S) + Cd + E

Para cargas dinmicas: Cvs Css Ci Cis Cvm Cbs Cd : : : : : : : Carga vertical debida a una gra en una sola nave. Empuje lateral debida a una gra en una sola nave. Impacto vertical debido a una gra en una sola nave. Traccin longitudinal debida a una gra en una sola nave. Carga vertical debida a mltiples gras en una sola nave. Impacto en el parachoques debida a una gra en una sola nave al 100% de la velocidad. Carga permanente de todas las gras estacionadas en cada nave, posicionadas para el mximo efecto ssmico. 2.3 Normativa nacional.

La normativa nacional utilizada para el diseo ssmico de estructuras e instalaciones industriales es la denominada Nch 2369 Of 2003, esta establece los requisitos para el diseo ssmico de estructuras ya sean livianas o pesadas. Este cdigo de diseo se complementa con otras normas nacionales que hacen referencia a otras solicitaciones que deben considerarse en el diseo, como es el caso de la norma NCh433 Of. 1996 que entrega las disposiciones mnimas exigibles en el Diseo ssmico de edificios, la norma Nch 1537 Of. 1986 que establece los requerimientos para las Cargas permanentes y Sobrecargas de uso, tambin se encuentra la norma Nch 432 Of 1971 que abarca el estudio sobre el clculo de la Accin del Viento sobre las Construcciones, entre otras. A continuacin se muestra una descripcin de las normas mencionadas anteriormente enfocndose principalmente en las cargas ssmicas y en la eventualidad del viento, ya que es en estas en donde se encuentran las principales diferencias entre normativas.

2.3.1 Cargas ssmicas.

Se estudiar las cargas ssmicas que se deben considerar para el anlisis de cualquier estructura industrial del pas, se har una descripcin de los requerimientos ssmicos que establece la normativa ssmica industrial Nch 2369. Of 2003, sealando los aspectos ms importantes para el anlisis sismorresistente mostrando solamente los dos mtodos lineales ms utilizados actualmente en las prcticas actuales de ingeniera.

2.3.1.1 Disposicin general del uso de esta norma.

Si el tipo de estructura est explcitamente citado en la norma se deben usar las respectivas disposiciones de diseo. Si la estructura se puede asociar a varias clasificaciones que impliquen disposiciones de diseo diferentes, se deben usar las ms exigentes. Clasificacin de estructuras y equipos segn su importancia.

y

Para los efectos de la aplicacin, las estructuras o equipos que conciernen a esta norma, se clasifican en tres categoras:

Categora C1. Obras crticas, por cualquiera de las siguientes razones: a) Vitales, que se deben mantener en funcionamiento para controlar incendios o explosiones y dao ecolgico, y atender las necesidades de salud y primeros auxilios a los afectados.

b)

Peligrosas, cuya falla involucra riesgo de incendio, explosin o envenenamiento del aire o las aguas.

c)

Esenciales, cuya falla puede causar detenciones prolongadas y prdidas serias de produccin.

Categora C2. Obras normales, que pueden tener fallas menores susceptibles de reparacin rpida que no causan detenciones prolongadas ni prdidas importantes de produccin y que tampoco pueden poner en peligro otras obras de la categora C1.

Categora C3. Obras y equipos menores, o provisionales, cuya falla ssmica no ocasiona detenciones prolongadas, ni tampoco puede poner en peligro otras obras de las categoras C1 y C2.

A cada una de estas categoras, les corresponde un coeficiente I de importancia, cuyos valores son:Tabla 2. 2: Factor de importancia

Clasificacin Estructura C1. C2. C3.

I 1,2 1 0,8

2.3.1.2 Zonificacin ssmica.

Se distinguen tres zonas ssmicas en el territorio nacional, que dan lugar a tres valores de aceleracin efectiva, dependiendo del lugar de emplazamiento de la construccin.Tabla 2. 3: Valor aceleracin efectiva mxima

Zona Ssmica 1 2 3

Ao 0,20g 0,30g 0,40g

Ubicacin Cordillera Centro Costa

Figura 2.2. Mapa de zonificacin ssmica por regiones.

2.3.1.3 Anlisis elstico esttico.

y

Esfuerzo de corte basal horizontal. El esfuerzo de corte horizontal en la base se debe calcular segn la expresin siguiente: Donde: QO C I P : : : : Corte basal. Coeficiente ssmico. Coeficiente de importancia, Tabla 2.2. Peso total del edificio sobre el nivel basal calculado.

Ec. 2-9

y

Coeficiente ssmico. El coeficiente ssmico se determina con la siguiente ecuacin: Ec. 2-10

Donde: Ao : Aceleracin efectiva mxima definida segn la zonificacin. (Tabla 2.3.)

T, n : T* R : : :

Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin. (Ver Anexo A Tabla-A.13.) Perodo fundamental de vibracin en la direccin de anlisis. Factor de modificacin de la respuesta. (Ver Anexo A Tabla-A.7) Razn de amortiguamiento. (Ver Anexo A Tabla-A.12.)

El valor del coeficiente ssmico no necesita ser mayor que el indicado en la Tabla-A.11 del anexo A, este Cmx depender del factor de modificacin de la respuesta R, de la razn de amortiguamiento tenga la estructura. En ningn caso el valor de C ser menor que Distribucin en altura. y de la zonificacin ssmica que

y

Las fuerzas ssmicas se deben distribuir en altura segn la siguiente expresin: Ec. 2-11 Ec. 2-12 Donde: Fk Pk, Pj Ak n : : : : Fuerza horizontal ssmica en el nivel K. Peso ssmico en los niveles k y j. Parmetro en el nivel k (k=1 es el nivel inferior). Nmero de niveles.

Qo Zk, Zk-1 H

: : :

Esfuerzo de corte basal. Altura sobre la base de los niveles k y k-1. Altura del nivel ms alto sobre el nivel basal.

y

Accin ssmica vertical.

La accin ssmica vertical esttica se puede considerar de acuerdo al punto 5.5 de la norma Nch 2369.Of 2003.

2.3.1.4 Anlisis elstico dinmico.

y

Espectro de diseo.

El anlisis modal se debe hacer para el espectro de diseo siguiente: Ec. 2-13 Donde: I A0 T, n R T : : : : : : Factor de importancia. Aceleracin efectiva mxima. Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin. Factor de modificacin de la respuesta. Perodo de vibracin del modo considerado. Razn de amortiguamiento.

tabla A.11.

El valor de Sa no debe ser mayor que

, en que Cmax se obtiene de la

y

Nmero de modos

El anlisis debe incluir suficientes modos de vibrar para que la suma de las masas equivalentes, en cada direccin de anlisis, sea igual o superior al 90% de la masa total. Superposicin modal.

y

Los esfuerzos y deformaciones ssmicas se deben calcular superponiendo los valores mximos modales por el mtodo de la Superposicin Cuadrtica Completa, de acuerdo a las frmulas siguientes: Ec. 2-16 Donde: S Si, Sj Cij Ti, Tj : : : : : Combinacin modal Valores mximos de las contribuciones de los modos i y j Coeficiente de acoplamiento entre los modos i y j Razn de amortiguamiento Perodo de los modos i y j.

Ec. 2-14

Ec. 2-15

y

Esfuerzo de corte basal mnimo.

La norma chilena especfica que si el corte basal obtenido resulta menor que el valor dado por la siguiente expresin: Ec. 2-17 Todas las deformaciones y esfuerzos se deben multiplicar por el cuociente para los efectos de diseo.

y

Torsin accidental

El efecto de la torsin accidental solo se debe considerar en los niveles que tienen diafragma rgido. En tales casos, este efecto se puede incluir considerando las posibles variaciones en la distribucin de pesos propios y sobrecarga. Accin ssmica vertical

y

Se puede desarrollar un anlisis dinmico vertical con el espectro de aceleraciones indicado en la expresin Ec. 2-13, para un R = 3 y este caso la ordenada espectral no necesita ser mayor que = 0,03. En . Razones de

amortiguamiento mayores que 0,03 deben tener una justificacin especial.

2.3.2 Cargas de viento.

Se mencionarn a continuacin la forma en que se debe considerar la accin del viento cuando este acta sobre las estructuras segn la normativa nacional Nch 432.Of 71- Clculo de la accin del viento sobre las construcciones. Efecto del viento. i. El efecto del viento se considerar, en general, en los dos ejes principales de una construccin. ii. En casos especiales la Autoridad Revisora podr exigir que, adems de las direcciones segn los ejes principales, se considere el efecto del viento segn otras direcciones, por ejemplo, segn las diagonales en el caso de torres de reticulados poligonales. iii. Se considerar, de ordinario, que la accin del viento no perturbada se ejerce horizontalmente. Solicitaciones producidas por el viento. i. Se considerar que la direccin de la accin del viento que acta sobre cualquier superficie es perpendicular a ella. Se omitir, en consecuencia, la consideracin de acciones tangenciales. ii. Las acciones perpendiculares citadas, podrn ser presiones o succiones. Las presiones se considerarn de signo positivo y las succiones, de signo negativo. Las magnitudes de succiones y presiones se expresarn en kg/m2.

y

y

iii.

iv.

Las presiones y succiones que actan sobre las superficies envolventes de una construccin dependen de: a. La presin bsica del viento b. La forma total del cuerpo de la construccin y no solo de la forma del costado que enfrenta directamente al viento.

2.3.2.1Presin bsica del viento.

Los valores de las presiones y succiones sern considerados proporcionales a una magnitud denominada presin bsica del viento la que se puede obtener mediante la siguiente forma:

Ec. 2-18

En que: q = u = es la presin bsica, en kg/m2 es la velocidad mxima instantnea del viento, en m/s.

En la siguiente tabla se observa las distintas presiones bsicas definidas por la norma para distintas alturas, identificando si la estructura se encuentra ubicada en la ciudad o en campo abierto.

Tabla 2. 4 Presiones bsicas para diferentes alturas sobre el suelo Nch 432 Of.71

Construcciones situadas en la ciudad o lugares de rugosidad comparable, a juicio de la Autoridad Revisora Altura Sobre el Suelo (m) 0 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300 Presin Bsica, q (Kg/m2) 55 75 85 95 103 108 121 131 149 162 186

Construcciones situadas en campo abierto, ante el mar, o en sitios asimilables a estas condiciones, a juicio de la Autoridad Revisora Altura Sobre Presin el Suelo (m) Bsica, q (Kg/m2) 0 70 4 70 7 95 10 106 15 118 20 126 30 137 40 145 50 151 75 163 100 170 150 182 200 191 300 209

y

Superficie de clculo.

Para determinar las superficies de clculos en donde el viento ejercer presiones y succiones se tomarn en cuenta en la forma que indica la tabla 2 de la norma Nch 432 Of.71. 2.3.2.2 Factor de forma. La fuerza del viento por unidad de superficie se obtendr multiplicando la presin bsica q por un factor de forma C, Este factor depende de la forma de la estructura que se est analizando y de cmo sta enfrenta al viento. La norma establece principalmente los siguientes tipos:

Debido a las estructuras a utilizar, el estudio se centrar en los primeros dos tipos de construcciones. Construcciones cerradas con paredes planas: Son aquellas construcciones en que no puede entrar el viento a su interior en ninguna circunstancia. y Construcciones abiertas: Son las que tienen, a lo menos, un tercio de abertura en sus lados. 2.3.2.2.1 Construcciones cerradas con paredes planas.

y

Los factores de forma a utilizar en este tipo de construcciones considerando la superficie que enfrenta al viento son los siguientes: Superficies perpendiculares a la direccin del viento:

-

-

Superficies perpendiculares a la direccin del viento con altura 5 o ms veces el ancho medio, medido perpendicularmente al viento:

-

Superficies inclinadas en un ngulo viento:

con relacin a la direccin del

-

Superficies inclinadas con altura 5 o ms veces el ancho medio, perpendicularmente al viento:

Figura 2.3. Factor de reduccin para construcciones cerradas con paredes planas, para viento en sentido transversal.

Figura 2.4. Factor de reduccin para construcciones cerradas con paredes planas, para viento en sentido longitudinal.

2.3.2.2.2 Construcciones abiertas.

A continuacin se mostrar los factores de forma para dos casos especficos, debido a la relevancia para el estudio de las estructuras a analizar. Los dems casos pueden profundizarse en el Anexo 3 de la norma Nch 432 Of.71. Caso 1: Superficie expuesta al viento se encuentra con abertura y superficie opuesta cerrada.Figura 2.5. Factor de reduccin para construcciones abiertas caso 1

Caso 2: Superficie expuesta al viento se encuentra cerrada y superficie opuesta con abertura.

Figura 2.6. Factor de reduccin para construcciones abiertas caso 2

2.3.3 Combinaciones de carga.

2.3.3.1 Nch 2369 of 2003.

Segn la Nch 2369 la combinacin de las solicitaciones ssmicas con las cargas permanentes y los distintos tipos de sobrecargas se debe hacer usando las reglas de superposicin siguientes: a) Cuando el diseo se haga por el mtodo de las tensiones admisibles: i) CP + aSC + SO + SA ii) CP + SA Sismo Horizontal Sismo Vertical.

Sismo Horizontal

Sismo Vertical.

En estas combinaciones, las tensiones admisibles pueden aumentarse en un 33.3%

b) Cuando el diseo se haga por el mtodo de las cargas ltimas: i) 1,2 CP + aSC + SO + SA ii) 0,9 CP + SA) En que: a= factor que afecta a la sobrecarga SC determinada sin considerar ningn tipo de reduccin. Se debe tomar igual a 1.0 a menos que en conjunto con el ingeniero de proceso, se permita una reduccin del valor anterior, la cual debe tomar en cuenta la probabilidad de ocurrencia simultnea de la sobrecarga con el nivel de la solicitacin ssmica definido en esta norma. En todo caso, el valor de a tendr como mnimo los valores que se indican a continuacin: TIPO DE RECINTO Bodegas y en general zonas de acopio con baja tasa de rotacin. a = 0.50 y Zonas de uso normal, plataformas de operacin. a = 0.25 y Diagonales que soportan cargas verticales. a = 1.00 y Pasarelas de mantencin techos. a=0 Sismo Horizontal b Sismo Vertical

b Sismo Horizontal

0,3 Sismo Vertical

y

b = factor de amplificacin de las cargas ssmicas, definido en funcin de los mtodos de anlisis utilizados actualmente para distintos materiales. Adopta los siguientes valores. Estructuras o equipos de acero b = 1,1. y Estructuras o equipos de hormign b = 1,4. En las combinaciones i) indicadas para el mtodo de tensiones admisibles y mtodo de las cargas ltimas, los signos + para el sismo vertical se deben aplicar de modo de obtener un efecto que se sume al producido por las cargas CP y SC. En las combinaciones ii), indicadas para tensiones admisibles y cargas ltimas, los signos + para el sismo vertical se deben aplicar de modo de conseguir el efecto inverso, es decir, disminuir el efecto de las cargas CP y SC.

y

2.3.3.2 Cdigo ASCE (American Society of Civil Engineering)

En Chile, al disear estructuras frente a la accin ssmica se deben considerar las combinaciones de la ASCE-Minimun Design Loads for Buildings and Other Strucures, adicionando las indicadas por las Normas de diseo ssmico chilenas. A continuacin se muestran los estados de carga bsicos definidos por el ASCE-7-2010, ya sea para el diseo por estados de carga factorizados para diseo por resistencia o para estados de carga de servicio para el diseo por tensiones admisibles.

y

Estados de cargas factorizados para diseo por resistencia. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 1,4 D 1,2 D + 1,6 L + 0,5 (Lr S R) 1,2 D + 1,6 (Lr S R) + (L 0,5 W) 1,2 D + 1,0 W + L + 0,5 (Lr S R) 1,2 D + 1,0 E + L + 0,2 S 0,9 D + 1,0 W 0,9 D + 1,0 E

y

Estados de carga de servicio para diseo por tensiones admisibles 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) D D+L D + (Lr S R) D + 0,75 L + 0,75 (Lr S R) D + 0,6 W 0,7 E D + 0.75 L + 0.75 (0,6 W) + 0.75 (Lr S R) D + 0.75 L + 0.75 (0,7 E) + 0.75 S 0,6 D + 0,6 W 0,6 D + 0,7 E

Donde: D E L Lr R S W : : : : : : : Cargas permanentes. Carga ssmica. Sobrecarga de uso. Sobrecarga de techo. Presin de la lluvia. Carga de nieve. Carga de viento.

Para esta investigacin se concentrar la atencin en las combinaciones de cargas establecidas por el mtodo de tensiones admisibles, debido a que la norma divisional trabaja con este mtodo. En el captulo IV se comentar los estados de carga para el proyecto asignado que se usar en la investigacin. 2.4 Normas para el diseo de elementos de acero y de hormign.

Para realizar la comparacin y para evitar alguna discrepancia al momento de disear elementos de acero y hormign, se utilizarn para ambas normativas los mismos cdigos de diseo que se describen a continuacin 2.4.1 Acero.

Para las estructuras de acero se disearn de acuerdo a las disposiciones establecidas en el siguiente cdigo: AISC ASD/89 American Institute of Steel Construction. Utilizando mtodo de Tensiones Admisibles. 2.4.1 Hormign armado y fundaciones. el

y

El hormign armado ser diseado por el mtodo de la resistencia ltima de acuerdo con el estndar: Building Code Requirementes For Reinforced Concrete del American Concrete Institute. ltima edicin, A.C.I 318-08.

y

2.5 Brecha ssmica en la zona norte.

En la zona norte de nuestro pas han ocurrido sismos de importantes magnitudes, la mayora de estos ubicados en la zona subduccin de las placas, es decir en el sector costero del pas, a su vez se han registrados sismos significativos al interior del continente, denominados sismos intraplaca. En la figura 2.7 se aprecia las zonas de rupturas de sismos destructivos a lo largo de la historia del norte de chile, identificando dos sismos importantes al interior del continente. El primero se produjo en el ao 1950 en la regin de Antofagasta con una magnitud de Ms=8.3 y a una profundidad de 100 Km, el segundo es un evento reciente, este ocurri el 13 de junio del 2005 en la regin de Tarapac con una magnitud de Ms=7,9 a una profundidad de 111 Km. Las zonas de ruptura de estos sismos se muestran en la siguiente imagen:Figura 2.7. Zona de rupturas de eventos ssmicos en el norte del pas.

Fuente: Memoria de ttulo Daniela Santander Hidalgo - UCN 2007.

De acuerdo a las zonas de rupturas de estos sismos, est la posibilidad que exista una brecha ssmica entre estos dos eventos, en donde podra generarse un sismo de similares condiciones a los descritos anteriormente y podra afectar la zona en donde se encuentra la ciudad de Calama, El mineral de Chuquicamata y el Embalse de Conchi. Al estudiar estos eventos se sabe que los antecedentes del sismo de 1950 son escasos, cosa que no ocurre con el sismo del 2005 en donde si se tiene registros de las aceleraciones ocurridas en el sector, esta informacin fue obtenida de la memoria de titulo de Daniela Santander Hidalgo 2007, donde estudio los daos de un conjunto habitacional provocados por el sismo del 13 de junio del 2005 en la regin de Tarapac. 2.5.1 Aceleraciones registradas en el sismo de Tarapac 2005.

Segn las estaciones de Iquique y Pica, pertenecientes a la Universidad de Chile, se registraron los siguientes valores mximos de aceleraciones: En la localidad de Pica, en sentido vertical 0,79g y los valores horizontales fueron de 0,57g y 0,72g correspondientes a las direcciones NS y EW respectivamente. y En la localidad de Pisagua, en sentido vertical 0,29g y los valores horizontales fueron de 0,30g en la direccin NS y 0,44g en la direccin EW. y En la ciudad de Iquique, en sentido vertical 0,25g y los valores horizontales correspondientes fueron de 0,26g en la direccin EW y 0,25g en la direccin NS. y En la ciudad de Arica, en sentido vertical 0,13g y los valores horizontales correspondientes fueron de 0,17g en la direccin EW y 0,21 en la direccin NS.

y

2.5.2 Zonificacin ssmica a utilizar.

Dada la posible brecha ssmica que existe en la zona de Chuquicamata y sus alrededores, y dada las aceleraciones que se registraron en el sismo de Tarapac en donde tenemos a Pica y Pisagua con aceleraciones importantes en sentido vertical y horizontal, se considerar como dato relevante la informacin entregada por Pisagua, aunque sea zona costera posee un terreno semejante al de Chuquicamata. No as con la localidad de Pica que posee suelos de caractersticas muy distintas a las del mineral, es decir suelos ms bien blandos. Al considerar Pisagua, notamos que por las aceleraciones registradas se deduce que las solicitaciones ssmicas que produciran en Chuquicamata deberan ser ms parecidas a las solicitaciones provocadas estando en Zona ssmica 3 (0,4 g) y no en Zona ssmica 2 (0,3 g). Es por esto que adems de los anlisis considerando a Chuquicamata como zona 2, debido a su ubicacin geogrfica y a la zonificacin ssmica de chile, se considerar un tercer anlisis considerando a Chuquicamata como zona 3

Figura 2. 8. Posible brecha ssmica en el norte del pas.

2.5 Resumen comparativo de ambas normativas.

A continuacin se presenta un resumen comparativo entre las disposiciones de ambas normativas en estudio, mostrando mediante una tabla de comparacin los parmetros en los cuales se encontr las principales diferencias entre las normativas. Principalmente las diferencias encontradas radican en la forma de considerar la accin ssmica y la solicitacin de viento. Zonificacin ssmica por normativa.

y

Zonificacin ssmica. CD7 La sismicidad de Chuquicamata ser considerada como zona 3, de alto riesgo ssmico, segn la definicin del Uniform Building Code (UBC), aunque se originen en fenmenos distintos, subduccin en vez de transcursin de placas. Zonificacin ssmica UBC

Zonificacin ssmica Nch 2369 Of.2003 Chile est dividido en tres zonas ssmicas, la cual va variando de cordillera a mar, siendo esta ltima la que se encuentra con mayor riesgo ssmico. De acuerdo a ubicacin geogrfica de Chuquicamata, este se encuentra ubicado en la zona ssmica 2. Zonificacin ssmica Nch 2369 Of 2003.

Zona cero Zona uno Zona dos Zona Tres De acuerdo

Z: 0,25 Z: 0,5 Z: 0,75 Z: 1 a

Cero Dao Dao Menor Dao Moderado Mayor dao esta clasificacin Zona 1 Ao: 0,2 g Zona2 Ao: 0,3 g Zona3 Ao: 0,4 g De acuerdo Peligro Menor Peligro Medio Peligro Mayor a esta clasificacin

Chuquicamata se ubica en la Zona 3, es decir la zona con mayor riesgo ssmico o mayor dao.

Chuquicamata se ubica en la Zona 2, es decir la zona con mediana peligrosidad ssmica.

y

Consideracin de la accin ssmica.CD7 ANLISIS ESTTICO Corte Basal: Nch 2369 Of2003 ANLISIS ESTTICO Corte Basal:

Donde: V: Corte Basal C: Coeficiente ssmico I: Factor de Importancia. W: Peso del edificio.

Donde: Qo: Esfuerzo de corte en la Base. C: Coeficiente ssmico. I: Coeficiente de importancia. P: Peso del edificio.

(No es necesario que exceda este valor, excepto para estructuras muy especiales y soportes equipos elctricos.) Coeficiente Ssmico: Donde: Z: Factor de zona R: Coeficiente modificacin de Respuesta S: Coeficiente de Perfil de suelo T: Periodo natural. To: Periodo lmite del tramo horizontal del coeficiente ssmico C

No necesita ser mayor al que indica en la norma. Coeficiente Ssmico: Donde: Ao: Aceleracin efectiva mxima, segn zona ssmica. T,n: Parmetros relativos al tipo de suelo de fundacin. T: Periodo fundamental de vibracin en la direccin de anlisis. R: Factor de modificacin de la Respuesta (tabla 5.6) : Razn de amortiguamiento.

CD7 ANLISIS DINMICO Espectro de Aceleracin Donde: R: Coeficiente modificacin de Respuesta Tn: Periodo del n-simo modo natural en estudio. To: Periodo lmite. S: Coeficiente caracterstico del suelo. g: Aceleracin de gravedad Z: Factor de zona I: Factor de Importancia. , exceptuando para

Nch 2369of2003 ANLISIS DINMICO Espectro de Diseo

Donde: T: Periodo vibracin modo considerado. El valor Sa no debe ser mayor que

,

Se determina de tabla 5.7

Numero de modos El anlisis debe incluir suficientes modos de vibrar para que la suma de las masas equivalentes, en cada direccin de anlisis, sea igual o superior al 90% de la masa total. Superposicin Modal Los esfuerzos y deformaciones ssmicas se deben calcular superponiendo los valores mximos modales por el mtodo de la Superposicin Cuadrtica Completa (CQC).

estructuras y soportes de equipo elctrico o cuando no se especifique el lmite superior para la respuesta ssmica de aceleracin. Numero de modos Al menos tome en cuenta el 95% de la masa total del sistema Superposicin Modal Mtodo CQC. Complete Quadratic Combination.

Corte Basal Mnimo Despus de la combinacin de los mximos modales el corte basal total no deber ser menor a: Si los clculos arrojan un esfuerzo de corte basal menor que el 6% de W despus de las combinaciones de los valores modales, todas las respuestas fuerzas, modales etc.) se (deformaciones,

Corte Basal Mnimo Si el esfuerzo de corte basal resulta menor que el valor siguiente.

Todas las deformaciones y esfuerzos se deben multiplicar por el cuociente para efectos de diseo. PARAMETROS Coeficiente de importancia C1 C2 C3 I = 1,2 (Obras Crticas) I = 1,0 (Obras Normales) I = 0,8 (Obras y equipos menores)

amplificaran por el factor hasta alcanzar el esfuerzo de corte basal mnimo (0,06 W) PARAMETROS Factor de importancia nico valor. I=1,67

y

Consideracin para la accin del viento Presiones Bsicas.

CD7 Presiones Bsicas (Kg/m2)Altura (m) 0 4 7 10 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300 P. Bsica 90 90 119 129 141 149 159 166 172 183 190 200 207 223

Nch 432 Of 71 Presiones Bsicas (Kg/m2)Altura (m) 0 4 7 10 15 20 30 40 50 75 100 150 200 300 P. Bsica 70 70 95 106 118 126 137 145 151 163 170 182 191 209