Seismic performance factors for wood frame buildings in Chile
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2020
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Abstract
Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de
fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En
Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el
diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de
estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las
disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores.
Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental
que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma.
Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas
experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de
modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de
registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño
sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201
edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433
de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de
estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20%
para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las
edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales,
ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos
para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales
mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el
“enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño
estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia.
Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los
pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo
restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos
con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences and Doctor of Philosophy)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020