Diseño de pernos de anclaje basado en desempeño sismico aplicado a marcos de acero flexibles arriostrados en X emplazados en zona minera diseñados según la norma NCH2369 actualizada en 2023.

Abstract

En Chile, la norma NCh2369 regula el diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. La versión más reciente de esta norma fue oficializada en 2023, en la cual se busca garantizar la continuidad operacional de la industria. Esta norma contiene las disposiciones para el diseño de estructuras de acero basadas en marcos arriostrados concéntricamente (MAC) y también regula las placas base de columnas con pernos de anclaje dúctiles. Para elementos que admiten la plastificación, como pernos de anclaje y arriostramientos, la norma exige que el diseño se base en fuerzas sísmicas reducidas mediante un factor de modificación de la respuesta R. A pesar de que se acepte la plastificación en ciertos elementos, no siempre se logra aprovechar lo beneficioso de los anclajes dúctiles para la disipación de energía proveniente de sismos. El objetivo principal de este estudio es evaluar una propuesta de metodología de diseño de pernos de anclaje basada en la capacidad resistente lateral del sistema basado en un análisis por desempeño para estructuras en base a marcos arriostrados concéntricamente (MAC), emplazadas en zona minera diseñadas según lo estipulado en la norma NCh2369 y con periodos entre 0.55s y 0.90s. Dicha metodología, se basa en asegurar que la plastificación de pernos de anclajes preceda al pandeo de arriostramientos, asegurando que los anclajes funcionen como fusibles sísmicos. La evaluación de esta metodología se realiza con análisis no lineales dinámicos del tipo tiempo historia, donde se incluye la modelación no lineal de pernos de anclajes y arriostramientos, considerando dos niveles de amenaza sísmica (nivel de sismo diseño y sismo máximo probable). Se estudian en detalle los indicadores de daño correspondientes a drift de entrepiso y de techo, deformaciones normalizadas de tensión y compresión de arriostramientos, factores de utilización de las columnas, así como una mención a los mecanismos de disipación de energía. Los resultados obtenidos reflejan una mejora significativa en el desempeño estructural en comparación con el método tradicional, homogeneizando los drifts en altura, aumentando la disipación en anclajes y reduciendo la concentración de deformación en el primer nivel. De esta forma se protege a los arriostramientos de fractura por fatiga de bajo ciclaje, generando estructuras donde el daño se concentre en anclajes reemplazable, y consiguiendo un mejor estándar de continuidad operacional.

In Chile, the NCh2369 standard regulates the seismic design of industrial structures and facilities. The most recent version of this standard was made official in 2023, which seeks to guarantee the operational continuity of the industry. This standard contains provisions for the design of steel structures based on concentrically braced (MAC) frames and also regulates column base plates with ductile anchor bolts. For elements that allow plasticization, such as anchor bolts and bracing, the standard requires that the design be based on reduced seismic forces through a response modification factor R. Although plasticization is accepted in certain elements, it is not always It is possible to take advantage of the benefits of ductile anchors for the dissipation of energy from earthquakes. The main objective of this study is to evaluate a proposed anchor bolt design methodology based on the lateral resistant capacity of the system based on a performance analysis for structures based on concentrically braced frames (MAC), located in a mining area designed according to as stipulated in the NCh2369 standard and with periods between 0.55s and 0.90s. This methodology is based on ensuring that the plasticization of anchor bolts precedes the buckling of bracing, ensuring that the anchors function as seismic fuses. The evaluation of this methodology is carried out with dynamic nonlinear analyzes of the time history type, which includes nonlinear modeling of anchor bolts and bracing, considering two levels of seismic threat (design earthquake level and maximum probable earthquake). The damage indicators corresponding to mezzanine and roof drift, normalized tension and compression deformations of bracing, column utilization factors, as well as a mention of energy dissipation mechanisms are studied in detail. Where the results obtained reflect a significant improvement in structural performance compared to the traditional method, homogenizing the drifts in height, increasing the dissipation in anchors, and reducing the concentration of deformation in the first level, protecting the bracing from fracture due to fatigue. low cycling, generating structures where the damage is concentrated in replaceable anchors, achieving a better standard of operational continuity.