Aplicación de criterios de funcionalidad continua para el diseño sísmico de edificios irregulares de 5 plantas

Jiménez Carrión, Jenner Geovanny

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Aplicación de criterios de funcionalidad continua para el diseño sísmico de edificios irregulares de 5 plantas

Jiménez Carrión, Jenner Geovanny

URI: http://repositorio.utmachala.edu.ec/handle/48000/13232

Fecha: 2018-07-23

Resumen:

The effects of the recent seismic activity, and its economic influence on the productive sectors of our country, have made it a necessity to consider the implementation of better performance objectives in the seismic design of our structures and their respective incorporation in the current regulations. All the structures are designed to preserve the life of its occupants during the earthquake, but not for the subsequent functionality of the same without intervening in structural reinforcement processes. The present work is developed with the purpose of evaluating the incorporation of criteria of continuous functionality and its effect on the behavior of the structures, which aim to guarantee the reduction of the seismic vulnerability of the buildings through the use of certain coefficients that have demonstrated better results in the seismic behavior of the structures. These criteria will be investigated during the theoretical phase that will determine its current state of relation with national and international regulations. After this a structural analysis is developed with the help of specialized software, in a structure with irregular characteristics, which brings us closer to the structural configurations commonly seen in our environment, and will allow us to make several models to finally examine the differences between the implementation of new design criteria and those currently used. The previous theoretical research showed that the criteria of continuous functionality, analyzed in this work, are not part of any national or international normative body, plus their incorporation into them is a current reason for analysis in certain countries, due to the positive behavior in the event of seismic events, who have already presented the buildings that implemented them. The incorporation of criteria of continuous functionality in the design process yielded results of high dimensions in the sections that resulted from the need to control the requests of said criteria (drift, factor R), and proposed the use of new alternatives to reduce the size of the elements. The reduction of the design spectrum was an alternative implemented to simulate the effect of the possible integration of a seismic isolation system, which reduces the need for large sections and that these criteria commonly present as beneficial for certain types of structures. The spectrum was modified with the help of an equivalent damping coefficient that generated new models with behaviors that had to be examined. Regarding the structural behavior of the proposed models, it could be verified that, due to the irregular configuration of the same, there are difficulties in the adequate distribution of the participative mass, generating torsional ranges in the structure outside the one commonly adopted by the designer's criterion. . This led once again to the implementation of new sections of structural elements to control this aspect. Finally, the effect of the seismic coefficient on a structure with a base isolation system was considered, as it had been proposed, for a period of the structure superior to that of the model considered with a fixed base. The requirements raised by ASCE 7-16 for the equivalent lateral force method were taken as a basis. By means of this the structures with the definitive sections were modeled considering the implementation of insulators of the LRB type, being those that comply with the percentage of damping adopted in the previous step. We can conclude that the implementation of criteria of continuous functionality in irregular structures, presents a difference in the dimensions of the sections that meet the requirements of NEC-15. The final sections of the model with seismic isolation system, reveals a lower weight in the structure added to the guarantees provided by the criteria of continuous functionality. The information analyzed in this paper will serve as a basis for future research based on these principles that could evaluate the performance of this type of structure and its economic influence through the use of complementary methods through this research line.

Descripción:

Los efectos de la reciente actividad sísmica, y su influencia económica en los sectores productivos de nuestro país, ha convertido en una necesidad el considerar la implementación de mejores objetivos de desempeño en el diseño sísmico de nuestras estructuras y su respectiva incorporación en las normativas vigentes. Todas las estructuras son diseñadas para preservar la vida de sus ocupantes durante el sismo, más no para la posterior funcionalidad de las mismas sin intervenir en procesos de reforzamiento estructural. El presente trabajo, se desarrolla con la finalidad de evaluar la incorporación de criterios de funcionalidad continua y su efecto en el comportamiento de las estructuras, que pretenden garantizar la reducción de la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones a través del uso de ciertos coeficientes que han demostrado mejores resultados en el comportamiento sísmico de las estructuras. Se debe tener en cuenta que el rango de nuestro estudio no incluye el diseño de las secciones de nuestros elementos, más bien se realiza un proceso previo al diseño estructural que permite verificar el cumplimiento de determinados criterios.. Estos criterios serán investigados durante la fase teórica que determinará su actual estado de relación con las normativas tanto nacionales como internacionales. Posterior a esto se desarrolla un análisis estructural con la ayuda de software especializado, en una estructura con características irregulares, que nos acerca a las configuraciones estructurales comúnmente vistas en nuestro medio, y nos permitirá realizar varios modelos para finalmente examinar las diferencias entre la implementación de nuevos criterios de diseño y los actualmente usados. La investigación teórica previa demostró que los criterios de funcionalidad continua, analizados en este trabajo, no forman parte de ningún cuerpo normativo nacional o internacional, más su incorporación en ellos es motivo actual de análisis en ciertos países, debido al positivo comportamiento ante eventos sísmicos, que ya han presentado las edificaciones que los implementaron. La incorporación de los criterios de funcionalidad continua en el proceso de diseño, arrojó resultados de dimensiones elevadas en las secciones que resultaron de la necesidad de controlar las solicitaciones de dichos criterios (deriva, factor R), y plantearon el uso de nuevas alternativas para reducir el tamaño de los elementos. La reducción del espectro de diseño fue una alternativa implementada para simular el efecto de la posible integración de un sistema de aislamiento sísmico, que reduce la necesidad de grandes secciones y que estos criterios presentan comúnmente como beneficiosos para cierto tipo de estructuras. Se procedió a la modificación del espectro con la ayuda de un coeficiente de amortiguamiento equivalente que generó nuevos modelos con comportamientos que debían ser examinados. En cuanto al comportamiento estructural de los modelos planteados se pudo verificar que, debido a la configuración irregular de los mismos, se presentan dificultades en la distribución adecuada de la masa participativa generando rangos de torsión en la estructura fuera del comúnmente adoptado por el criterio del diseñador. Esto conlleva una vez más a la implementación de nuevas secciones de los elementos estructurales para controlar este aspecto. Finalmente se consideró el efecto del coeficiente sísmico en una estructura con sistema de aislación de base, como había sido planteado, para un periodo de la estructura superior al del modelo considerado con base fija. Se tomó de base los requisitos planteados por ASCE 7-16 para el método de fuerza lateral equivalente. Mediante esto se modelaron las estructuras con las secciones definitivas considerando la implementación de aisladores del tipo LRB al ser aquellos que cumplen con el porcentaje de amortiguamiento adoptado en el paso anterior. Podemos llegar a la conclusión que la implementación de criterios de funcionalidad continua en estructuras irregulares, presenta una diferencia en las dimensiones de las secciones que cumplen con los requisitos de NEC-15. Las secciones finales del modelo con sistema de aislación sísmica, nos revela un menor peso en la estructura sumado a las garantías que proporcionan los criterios de funcionalidad continua. La información analizada en este trabajo, servirá de base para futuras investigaciones basados en estos principios que podrían evaluar el desempeño de este tipo de estructuras y su influencia económica mediante el uso de métodos complementarios a través de esta línea investigativa.

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