Desempeño sísmico de marcos especiales a momento compuestos (C-SMF) con columnas tubulares cuadradas de acero rellenas de hormigón

Abstract

En el presente trabajo de investigación se evalúa el desempeño sísmico y el riesgo de colapso de marcos especiales a momento compuestos (C-SMF), utilizando la metodología de FEMA P695 [24]. Para llevar a cabo este planteamiento como primer punto se realizó el diseño de varias configuraciones de edificios prototipo en 2D de 3, 6, 8, 12 y 16 pisos de altura tomados de una planta típica, ubicados en diferente zonificación sísmica y tipo de suelo, aplicando la norma chilena NCh 433 [25]. Se incluye la no linealidad geométrica (efecto P-Delta) y la no linealidad del material al implementar modelos de plasticidad concentrada basados en fibras utilizando las curvas efectivas de esfuerzo-deformación para dicho fin. Se utilizó el software SAP2000 versión 19.1.1 para llevar a cabo todo el trabajo de investigación. Como segundo punto se realizaron análisis no lineales estáticos (Pushover) y no lineales dinámicos incrementales (Time History) para obtener el factor de sobreresistencia Ω, la ductilidad 𝜇���𝑇���, la intensidad media de colapso 𝑆���̂𝐶���𝑇���, la razón del margen de colapso CMR y así poder evaluar el desempeño sísmico comparando la razón del margen de colapso ajustado calculada ACMR con los valores admisibles propuestos por FEMA P695 [24]. El propósito de esta metodología es determinar los parámetros de respuesta (𝑅���,𝐶���𝑑���,𝛺���𝑜���) para que cuando sean propiamente implementados en los procesos de diseño, las edificaciones resulten con una seguridad equivalente contra el colapso durante un terremoto de manera similar a la seguridad que brindan los actuales códigos de diseño sísmico. Además, busca afirmar que el sistema estructural analizado asegure la protección de vida cuando posea una baja probabilidad de colapso (<10%) al ser sometida al sismo máximo considerado (MCE) con la finalidad de incluir el sistema C-SMF en normativa nacional para resistir fuerzas laterales inducidas por sismos. Un total de 30 diseños y 1373 análisis no lineales efectivos repartidos en 18 modelos seleccionados fueron los que se llevaron a cabo. Acorde a los resultados obtenidos, los factores de desempeño sísmico para uso normativo en C-SMF que se recomiendan son: Ωo=3.0, R*=6.0 y Cd=5.5; esto aplicando las limitaciones impuestas por FEMA P695 [24] y ASCE/SEI 7-16 [20]. La evaluación del desempeño fue satisfactoria para todos los casos individuales y grupales; sin embargo, se debe remarcar que los valores de CMR obtenidos disminuirán (aproximadamente en un 50%) si se realiza un Full IDA, lo que provocaría que el valor de CMR para las edificaciones de 16 pisos no cumpla con el criterio de aceptación. Con este antecedente, a criterio del autor, el sistema estructural C-SMF asegura la protección de vida y puede ser incluido en normativa nacional colocando una limitación en altura de 12 pisos.