RESPUESTA DE SUELO-ESTRUCTURA ANTE SISMOS Y LA REDUCCION DE DAÑO UTILIZANDO AMORTIGUADORES Y DISIPADORES DE ENERGIA

[pic 1]Universidad Autónoma de Zacatecas

“Francisco García Salinas”

Unidad Académica de Ingeniería I

Programa de Ingeniería Civil

RESPUESTA DE SUELO-ESTRUCTURA ANTE SISMOS Y LA REDUCCION DE DAÑO UTILIZANDO AMORTIGUADORES Y DISIPADORES DE ENERGIA.

T E S I S

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBENER EL TITULO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA CIVIL

[pic 2]p r e s e n t a

Carolina García González

Zacatecas., Zac., Mex.,                                                      06/2020

RESPUESTA DE SUELO-ESTRUCTURA ANTE SISMOS Y LA REDUCCION DE DAÑO UTILIZANDO AMORTIGUADORES Y DISIPADORES DE ENERGIA

ÍNDICE

1.        Antecedentes        1

2.        Justificación        4

3.        Planteamiento del problema        5

3.1.        Pregunta científica        5

4.        Objetivos        5

4.1.        Objetivo general        5

4.2.        Objetivos específicos        5

5.        Hipótesis        5

6.        Metodología        6

6.1.        Evaluación de la ductilidad equivalente y la determinación de espectros de respuesta.        6

6.1.1.        Daño acumulado        6

6.1.2.        Índice de daño de Park y Ang        7

6.1.3.        Interacción suelo-estructura        8

6.1.4.        Modelo simplificado suelo-estructura        9

6.1.5.        Oscilador equivalente no-lineal        10

6.1.6.        Funciones de impedancia        11

6.2.        Respuesta sísmica y daño global de dos edificios irregulares de concreto armado        11

6.2.1.        Caso y descripción del estudio numérico        11

6.3.        Modelo matemático        17

6.4.        Técnicas de control de respuesta sísmica en el balance de energía        20

6.5.        Clasificación de las técnicas de control de respuesta sísmica        20

6.5.1.        Sistemas de aislamiento sísmico        22

6.5.2.        Sistemas de efecto de masa        24

6.5.3.        Sistemas de control pasivo con disipación de energía        26

6.5.4.        Sistema de control activo e híbrido        30

6.6.        Influencia de los dispositivos de control pasivo en una estructura        30

6.7.        Modelos analíticos        32

6.8.        COMPENDIO SOBRE LOS SISTEMAS DE CONTROL SÍSMICO        33

7.        Cronograma        34

8.        Bibliografía        35

9.        Contenido temático        36

1. Antecedentes

En la práctica, es común diseñar y proyectar estructuras con geometrías asimétricas o irregulares por diversos motivos. En algunos casos, esas geometrías asimétricas son causadas por inconsistencias o errores en el proceso del diseño estructural o son producto de daños acumulados a lo largo de la vida útil de la estructura. Por lo tanto, es esencial para los ingenieros estructurales adquirir una mejor comprensión de la respuesta sísmica de estructuras con geometrías asimétricas, una necesidad que también ha sido reconocida por las normas sismo resistentes actuales (NSR-10, 2010; NBR 15421, 2006).

Varios investigadores han proporcionado informaciones útiles sobre el estudio de las irregularidades estructurales. En todos estos trabajos fue utilizada una metodología de análisis similar, donde fue tomado como caso base una estructura simétrica en planta y en altura y en la cual las irregularidades fueron colocadas y estudiadas una por una mediante análisis dinámicos lineales y no lineales o análisis estático no lineal o pushover. Las respuestas sísmicas obtenidas para cada caso fueron comparadas con el caso base a fin de conocer la influencia de esas irregularidades en el comportamiento de la estructura.

Al-Ali y Krawinkler (1998) seguido por Chintanapakdee y Chopra (2004) realizaron las investigaciones más sistemáticas sobre el efecto de las irregularidades en altura en la respuesta sísmica de estructuras planas conocidas como “shear building”. Las estructuras utilizadas por Al-Ali y Krawinkler (1998) se basaron en la relación de viga fuerte-columna débil, mientras que Chintanapakdee y Chopra (2004) adoptaron una visión más realista utilizando la relación viga débil-columna fuerte. A pesar de algunas diferencias esperadas debido a los distintos enfoques utilizados, todos los estudios llegaron a conclusiones relativamente compatibles. Sin embargo, en todos los casos varias cuestiones quedaron abiertas ya que solo fueron analizadas irregularidades en altura y apenas en estructuras planas. Inan et al. (2011) hicieron un análisis paramétrico de las irregularidades estructurales definidas en la Norma Sismo Resistente de Turquía (TCE, 2007). Presentan las principales fallas en los diseños arquitectónicos relacionados con la resistencia sísmica de los edificios y son brindadas posibles soluciones que se pueden adoptar y aplicar en diseños futuros para una buena concepción sismo resistente. Le- Le-trung et al. (2010) analizaron el comportamiento sísmico de estructuras de 20 pisos con sistemas de pórticos de acero sismo resistentes y con irregularidades en altura utilizando análisis dinámicos lineales y no lineales.

Todos los resultados fueron comparados con los obtenidos para el caso base o estructura simétrica y concluyeron que los resultados más críticos se presentan cuando hay una distribución no uniforme de la rigidez en todos los pisos de la estructura. Michalis et al. (2006) estudiaron la influencia de las irregularidades en altura en el desempeño sísmico de un pórtico plano (“shear building”) de 9 pisos. Cuatro tipos fueron estudiados: irregularidades en la rigidez, en la resistencia, en la masa y una combinación de las tres anteriores. Las irregularidades fueron provocadas por etapas y la respuesta sísmica fue calculada usando análisis dinámicos incrementales (IDA). Todos los resultados fueron comparados con los obtenidos para el caso base o estructura simétrica. Al igual que Le-trung et al. (2010), los resultados fueron críticos cuando se trataba de estructuras con distribución no simétrica de rigidez.

En la actualidad, es muy común realizar un análisis sísmico empleando espectros inelásticos y utilizando teoría de análisis lineal, de tal forma que existe incongruencia en el procedimiento, puesto que se espera daño en la estructura y se utiliza teoría elástica.

El análisis no lineal, realmente no está muy difundido, más se lo realiza a nivel de investigación tal vez porque es difícil el modelaje no lineal de los elementos o tal vez por la gran cantidad de información que se obtiene en los análisis paso a paso. Pero lo cierto es que el análisis no lineal es muy poco utilizado en la práctica. Un punto intermedio, entre el análisis no lineal y el análisis lineal, constituye el análisis no lineal estático, que cada día se lo utiliza más, ya que de esta manera se tiene una mayor congruencia entre el desempeño esperado y la teoría utilizada. Dentro del análisis no lineal estático, es común emplear la técnica del “Pushover”, para determinar la capacidad resistente de una estructura ante sismos. Capacidad resistente que relaciona el cortante basal V, con el desplazamiento lateral máximo en el tope Dt y a partir de esta curva se determina un sistema equivalente de un grado de libertad en el cual se realiza el análisis sísmico (Esteva et al. 2001, Esteva 1999, Fajfar y Gaspersic 1996, Rodríguez 1994). Para posteriormente, retornar con la respuesta en términos de desplazamiento a la estructura original y evaluar las distorsiones de piso y el daño en los elementos.

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