NCh2369 of 2023, Espectro Sísmico

Espectro Sísmico

Introducción e importancia

El diseño sismorresistente de estructuras industriales es crucial en regiones sísmicas como Chile, asegurando la seguridad, la protección de equipos y la continuidad operativa. La ingeniería estructural desarrolla soluciones para resistir fuerzas sísmicas, minimizando riesgos y pérdidas. En Chile, la historia de terremotos, como el de Valdivia en 1960 con magnitud 8.5 Mw. y el del Maule en 2010 con magnitud 8.8 Mw. Ha impulsado a una constante evolución y estudio normativo. La norma chilena NCh2369 de 2023 se alimenta de versiones anteriores como la del 2003, estableciendo criterios específicos para el diseño sismorresistente de estructuras industriales, considerando zonas sísmicas, suelos y la importancia de las instalaciones.

A la fecha (noviembre de 2024) la versión del 2023 se encuentra vigente ante el Instituto Nacional de Normalización (INN), dejando a la versión del 2003 como no vigente. La del 2023 no es oficializada por el Ministerio de Obras Públicos (MOP), lo cual nos deja como en muchos de los casos dos normas en circulación.

La versión del 2023 representa una actualización integral de la norma original del 2003, incorporando lecciones aprendidas de terremotos posteriores como el del 2010 en Maule, avances en la integridad sísmica y alineación con estándares internacionales. Entre los cambios clave se incluyen una nueva clasificación sísmica de suelos chilenos del A al D, la incorporación del espectro de referencia y una nueva forma en el espectro de diseño estando en línea con el espectro de la norma NCh433 de 2012. Además de requisitos para instalaciones de generación como aerogeneradoras y el énfasis en el diseño por desempeño para mejorar la resiliencia y funcionalidad post – sismo en estructuras industriales.

Disposición y aplicación de norma

De acuerdo al capítulo 4.1 de la norma, las disposiciones de diseño de esta norma, aplicadas en conjunto con normas de diseños específicas de cada material, orientadas al cumplimiento de objetivos como la protección de la vida en la industria (evitar el colapso de la estructura, evitar incendios, explosiones o emanaciones de gases y líquidos tóxicos, protección del medio ambiente y asegurar la operatividad de las vías de escape durante emergencia sísmica) y continuidad de operación de la industria (mantener proceso y servicios esenciales, evitar o reducir un tiempo mínimo la paralización de operación de la industria y facilitar la inspección y reparación de los elementos dañados).

Clasificación de estructuras y equipos según su importancia

Se definen 4 (I, II, III y IV) categorías según Tabla 4.1 de la norma referido según ocupación y operación, definiendo el grado de importancia para cada uno de las categorías según lo siguiente:

• Categoría I : I = 0.80
• Categoría II : I = 1.00
• Categoría III : I = 1.20
• Categoría IV : I = 1.20

Para la categoría iV se permite un coeficiente de importancia mayor que en la práctica puede llegar hasta 1.5, aunque cuyo valor se debe definir de una manera consistente con los niveles de desempeño estructural requeridos para cada proyecto en específico.

Combinación de cargas

Las combinaciones de cargas están definidas en el capítulo 4.5 de la norma, donde se establece que para aquellas combinaciones de cargas que no incorporen la acción sísmica se deben definir considerando los criterios indicados en la normativa NCh3171, adoptando a lo menos las siguientes combinaciones aplicadas a cada proyecto en particular:

• Metodología ASD

• Metodología LRFD

Métodos de análisis

Al igual que en la versión del 2003, el análisis se realiza a través del método lineal (análisis estático, análisis modal espectral y métodos especiales para estructuras con comportamiento elástico) y no lineal (establecido en el capítulo 5.10).

Espectros normativos : Espectro de diseño

Como se ha descrito anteriormente, esta versión a través de su comité determinó que las zonificaciones sísmicas se mantengan y los correspondientes niveles de demanda son similares a los definidos por la NCh433 para propósitos de diseño estándar.

• Espectro de diseño horizontal

• Espectro de diseño vertical

Para el caso de suelo tipos D y E es necesario la utilización de un espectro de sitio según capítulo 5.4.3, con la exclusión del suelo tipo D en el caso que se considere un valor de R igual a 1.

Espectros normativos : Espectro de referencia

EL espectro de referencia tiene como referencia tiene por objeto representar un nivel razonable de la amenaza sísmica esperada para cada zona sísmica, siendo definido para la estimación de desplazamiento para el desarrollo de los análisis especiales. Estos espectro de referencias corresponden a demandas asociadas a nivel último.

• Espectro de referencia horizontal

• Espectro de referencia vertical

Cabe destacar que la razón de amortiguamiento incorporado en los espectros de referencia es x = 0.05, lo que implica que para razones de amortiguamiento menores es necesario ponderar el espectro correspondiente por el factor (0,05/x)^0,4, siendo esta expresión válida solamente para valores de x entre 0,02 y 0,05. Para el caso del factor de amortiguamiento mayor a 0,03 se debe justificar mediante un análisis racional.

Donde:

Esfuerzo de corte basal mínimo

El coeficiente sísmico mínimo tiene como objeto proveer un nivel mínimo equivalente al entregado en versiones anteriores de la norma y está definido a continuación:

Tablas y figuras normativo

Espectro de referencia y de diseño horizontal para zona sísmica 3, suelo C, R = 4 y x = 0,03

Espectro de referencia y de diseño horizontal para zona sísmica 3, suelo D, R = 1 y x = 0,03

Espectro de diseño horizontal y vertical zona sísmica 3, R = 1, x = 0,05 y xv = 0,03

Relación demandas horizontales zona sísmica 3, R = 1, x = 0,05