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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL









REVISIÓN DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO
DE PERNOS DE ANCLAJE




MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL




NICOLÁS ANDRÉS CHÁVEZ MERINO





PROFESOR GUÍA:
ALEJANDRO VERDUGO PALMA


MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
RICARDO HERRERA MARDONES

MAXIMILIANO ASTROZA INOSTROZA





SANTIAGO DE CHILE
DICIEMBRE 2011

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RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
POR: NICOLÁS CHÁVEZ M.
FECHA: 24/01/2012
PROF. GUÍA: Sr. ALEJANDRO VERDUGO P.


“REVISIÓN DE LOS CRITERIOS DE DISEÑO DE PERNOS DE ANCLAJE”


A lo largo de los años en que se ha utilizado la norma NCh 2369 Of. 2003 “Diseño sísmico de
estructuras e instalaciones industriales” para diseñar estructuras industriales en nuestro país, han
ocurrido varios terremotos, siendo el más reciente el ocurrido el 27 de febrero del 2010. Tras
estos terremotos, se han observado daños en los anclajes de algunas estructuras de acero, lo cual
motiva la realización de un estudio acerca de los criterios de diseño que actualmente dispone la
norma. Temas como la conveniencia de diseñar anclajes con fluencia temprana, la seguridad en el
reapretar tuercas de pernos que han fluido tras un sismo y la influencia del largo de los pernos de
anclaje en la respuesta de las estructuras son temas que se analizan en este trabajo.

Para ello, y a diferencia de cómo son modelados los apoyos en la práctica usual (perfectamente
empotrados o perfectamente rotulados), se modelaron dos estructuras (un marco rígido y uno
arriostrado) con apoyos que incorporan la no linealidad asociada a la fluencia de los pernos de
anclaje. Considerando cómo trabajan los anclajes en la realidad, estos apoyos rescatan el hecho
de que los pernos, una vez que han fluido, no trabajan sino hasta que se supere su deformación
remanente previa.

La modelación de los apoyos se construyó de tal manera que ésta quedara en función de
parámetros de diseño fáciles de manejar, como la tensión de fluencia, largo y diámetro de los
pernos de anclaje y la carga estática de las columnas de las estructuras. Con esto, se logra
modificar tanto la resistencia como la rigidez de los apoyos. Para ver cómo la variación de estos
parámetros afectaba la respuesta de ambas estructuras, los modelos de las estructuras fueron
sometidos a registros de terremotos de distintas características, como lo son el terremoto de 1985
(estación de Llolleo) y el terremoto de Kobe de 1995 en Japón (estación Takarazuka).

En ambas estructuras resultó más favorable limitar la fluencia de los pernos de anclaje, cosa
contraria a lo fomentado por la norma NCh 2369. Basado en lo anterior, se recomienda aumentar
el nivel de resistencia de los pernos, confiando la disipación temprana de energía no sólo en el
anclaje sino también en la estructura. Por otro lado, se observó que el largo de los pernos de
anclaje no influye significativamente en los esfuerzos de las estructuras y que anclajes con pernos
de un largo mayor consumían una menor parte de su capacidad de deformación, con lo que éstos
quedaban más lejos de alcanzar su nivel de rotura. Además, se estimó que pernos que presentan
deformaciones remanentes del orden de tres veces su diámetro ( )d3 han consumido una parte
mayor de su capacidad de deformación y que probablemente se rompan al someterse a un
siguiente sismo severo; el reapriete de las tuercas en estos casos puede ser una práctica insegura.
Por último, en marcos arriostrados el uso de bajas cargas estáticas origina un aumento relevante
de la carga axial por sismo, debido al “zapateo” excesivo en que incurre a estructura, por lo que
se recomienda el uso de cargas estáticas “equilibradas” que compensen este fenómeno sin
incrementar en demasía las cargas axiales en las columnas.

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influencia en la carga axial de las tres columnas no es más perjudicial, hecho que sí se
observó en los otros dos casos analizados para esta estructura.

Con respecto a las diagonales (Figuras B.41 y B.42) y a los desplazamientos y
deformaciones de entrepiso (Figuras B.43 – B.45), no se observa una influencia del
largo de los pernos de anclaje en sus comportamientos.

En resumen, se puede decir que no hay una influencia mayor del largo de los pernos de
anclaje en el comportamiento de la estructura, salvo en los apoyos y, por ende, en los
pernos de anclaje. Se vio que para pernos de anclaje más largos el apoyo se levantaba
más y el estiramiento de los pernos era mayor, no así su deformación unitaria, en donde
la capacidad de deformación de los pernos más largos es mayor. Para este análisis se
observó además que no era tan perjudicial para las columnas el hecho de que el apoyo se
levantara o “saltase” más.


Finalmente, habiendo analizado los distintos casos para ambas estructuras, se muestra en
las Tablas 4.9 y 4.10 un resumen de los resultados obtenidos.



Tabla 4.9: Resumen de resultados para marco rígido – Registro Llolleo
MARCO RÍGIDO

Caso Apoyo Pernos Columnas – Vigas Desplazamientos Unión viga – columna

yF2 yM23 ,, +- 2033 ,,
colcolcol MVP 020202 ,,

vigavigaviga MVP 020202 ,,

blandoPiso3

Drift303 , vigacol ,, 33 ,

estN3 yn MM 332 ,,, 022 ,-
colcolcol MVP 030303 ,,

vigavigaviga MVP 030303 ,,
Driftrem 30303 ,,

0%3 P
vigacol ,, 33 ,

pL2
No hay tendencia

en M – , .
Apoyo más rígido

-3 No afecta Driftrem 20202 ,, vigacol ,, 22 ,

pd3 y
M32 ,,

Apoyo más rígido

+- 2022 ,,
Influencia
importante

colcolcol MVP 030303 ,,

vigavigaviga MVP 030303 ,,

blandoPiso2

Drift202 , vigacol ,, 22 ,




Tabla 4.10: Resumen resultados para marco arriostrado – Registro Llolleo
MARCO ARRIOSTRADO

Caso Apoyo Pernos Columnas – Vigas – Diagonales Desplazamientos

yF2 cF303 , 033 ,- col
P03

No hay influencia en vigas y diagonales
Driftrem 30303 ,,

estN3 cF202 ,
022 ,-

Influencia importante
colP02

Diagonales se plastifican más tarde
No hay relación

pL2
02

Apoyo más rígido
023 ,- No afecta No afecta

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4.2. Registro Kobe:

4.2.1. Marco rígido:

Los resultados obtenidos para el marco rígido analizado se muestran en las Figuras C.1 –
C.76 en el Anexo C del presente informe.


a) Caso Fy:

a.1) Apoyo:

La respuesta del apoyo observada en las Figuras C.1 – C.4 es la misma a la vista con el
registro de Llolleo.


a.2) Pernos de anclaje:

Las Figuras C.5 – C.9 muestran el comportamiento de los pernos de anclaje, el cual es el
mismo al que se tuvo con el registro de Llolleo. De hecho, se obtuvieron valores de
deformación unitaria y absoluta de los pernos muy similares. La única diferencia está
claramente en el tiempo que le toma a los pernos quedar con deformaciones remanentes,
el cual es mucho menor ya que el registro de Kobe es mucho más corto al de Llolleo.


a.3) Estructura:

Las Figuras C.10 – C.12 muestran la respuesta de las columnas y las Figuras C.13 y
C.14 la de las vigas. Se puede ver que hay una tendencia a tener menores esfuerzos
mientras menor es yF , al comparar los gráficos cuando los pernos fluyen. Cuando se
analiza el caso en donde los pernos no fluyen, en general se tienen menores esfuerzos al
caso base, especialmente en el registro del momento. Por otro lado, no se ve que se
generen rótulas plásticas en la base de las columnas, es decir, no se observa que el
registro del momento de la columna del primer piso se plastifique claramente durante
más tiempo. Esto se debe al hecho de que no hay suficiente tiempo para que estas rótulas
se generen debido a la corta duración del registro.

Por otro lado, con respecto a los desplazamientos y las deformaciones de entrepiso, se
puede decir que cuando los pernos fluyen no hay una gran influencia del valor de yF en
los registros observados. Lo que sí es evidente es que cuando los pernos no fluyen, se
obtienen mayores deformaciones remanentes en la estructura. Quizás esto último tenga
relación con lo que se observa en las Figuras C.18 y C.19, en donde mientras mayor es
la tensión de fluencia de los pernos, mayor es la demanda de ductilidad en la unión viga
– columna, efecto opuesto al observado con el registro de Llolleo.

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Figura D.43: Desplazamiento de pisos v/s tiempo, Caso Lp




Figura D.44: Drift entre cada piso v/s tiempo, Caso Lp





Figura D.45: Drift total v/s tiempo, Caso Lp

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