Caracterización del comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado mediante la respuesta no lineal

Abstract

En el proyecto sismorresistente de edificios tal como es aplicado actualmente, se parte de ciertas consideraciones cuya validez no siempre está clara o en algunos casos no permiten al proyectista tomar decisiones que hagan aseguren la integridad del edificio durante su vida útil.<br/>Por esta causa, en este trabajo se trata el tema del comportamiento sísmico de los edificios de hormigón armado, estudiando la respuesta no lineal, procurando aclarar algunos criterios adoptados en el proyecto sismorresistente. La respuesta no lineal de los edificios de hormigón armado se estudia mediante el análisis numérico estático y dinámico, en cuya modelización se han incluido características importantes de este material compuesto como son la plasticidad y el daño, así como también las condiciones especiales de confinamiento que proporciona el proyecto sismorresistente. Para evaluar la respuesta no lineal se parte de un estudio de edificios porticados, emplazados en zonas de alta sismicidad y proyectados conforme a dos relevantes normas sismorresistentes: el Eurocódigo-8 y el IBC-2003. <br/><br/>Para lograr la caracterización de la respuesta sísmica, se incluyen en este estudio la aplicación de un procedimiento de predimensionamiento sísmico de secciones de los elementos de los edificios proyectados, la propuesta de un procedimiento de análisis estático no lineal con control de fuerzas, la determinación del modo de colapso, el estudio de la influencia de la reserva de resistencia y la redundancia en los factores de reducción de respuesta, el cálculo de la ductilidad máxima de los pórticos, la formulación de un índice de daño sísmico objetivo y la determinación de umbrales objetivos de daño correspondientes a unos Estados Límite específicos. La aplicación de los umbrales de daño permite estimar el desplome para el cual se proyecta el edificio, lo que a su vez permite estimar la ductilidad por prestaciones, lo que permite realizar el proyecto con base en desplazamientos sin necesidad de aplicar métodos aproximados.<br/><br/>También se aborda el tema del comportamiento sísmico de edificios de hormigón armado proyectados para ductilidad limitada, que corresponde a algunas de las tipologías usuales en España, comparando los resultados con los obtenidos de un edificio dúctil y estudiando las posibles mejoras a la respuesta de estos edificios de ductilidad limitada. Esta evaluación se complementa con los resultados obtenidos al aplicar un procedimiento probabilista, mediante el cual se calculan las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño.<br/><br/>Los resultados de este estudio permiten obtener algunas conclusiones sobre la respuesta sísmica de edificios de hormigón armado, tal como son proyectados conforme a normas modernas, encontrando que los valores de los factores de reducción de respuesta no son constantes y que incluso llegan a variar entre los pórticos que componen un edificio.<br/>Igualmente, ocurre con los valores de la ductilidad estructural, que por lo general es menor que la ductilidad de proyecto señalada en las normas. Los resultados muestran que la redundancia tiene un ligero efecto sobre los factores de reducción de respuesta y que no es posible separar su efecto del efecto de la reserva de resistencia, por lo que se recomienda agruparlos en un factor único. La reserva de resistencia alcanza valores altos para todos los casos, especialmente para los edificios bajos, lo que permite indicar que el proyecto sismorresistente permite garantizar una respuesta segura frente a la demanda sísmica. Los desplomes normalizados de los edificios permiten determinar umbrales objetivos de daño con valores muy próximos, independientemente de la altura de los edificios, estos umbrales objetivos al corresponder a Estados Límite específico, permiten al proyectista decidir el desplome máximo que desea que alcance el edificio durante su vida útil, aplicando procedimientos de proyecto con base en desplazamientos y no con base en resistencia. El índice de daño objetivo formulado complementa la caracterización mediante la aplicación de los umbrales de daño, brindando la posibilidad de calcular un índice de daño para cada umbral o cada Estado Límite.<br/>Finalmente, del estudio de los edificios de ductilidad limitada, se puede indicar que la respuesta sólo es satisfactoria para una demanda sísmica que mantenga a la estructura dentro del rango elástico, ya que la reserva de resistencia es mayor que la unidad aunque no alcanzan el valor de la ductilidad de proyecto, sin embargo para demandas sísmicas mayores sólo los edificios porticados disponen de suficiente ductilidad y reserva de resistencia.