Evaluación del método de análisis modal espectral para edificios con sistemas pasivos de disipación de energía utilizando registros sísmicos chilenos

Abstract

Este estudio presenta una evaluación del Método de Análisis Modal Espectral para estructuras con sistemas pasivos de disipación de energía del estándar estadounidense ASCE 7 del año 2010. La evaluación se realizó comparando las predicciones del método de análisis simplificado, con la respuesta inelástica exacta de un edificio de hormigón armado de 35 pisos, equipado con disipadores viscosos no lineales, viscoelásticos e histeréticos, previa adaptación del método simplificado a las condiciones sísmicas chilenas. El Método de Análisis Modal Espectral del ASCE 7, se desarrolla teóricamente en base a un tipo de método estático no lineal, denominado Método del Espectro de Capacidad, que fue propuesto originalmente para su uso en la rehabilitación de edificios mediante disipadores de energía por el FEMA 273/274, en el contexto de la ingeniería basada en desempeño. Es por ello que, en primera instancia, fue necesario estudiar el origen, el desarrollo y la evolución de los métodos estáticos no lineales durante estas últimas dos décadas. Luego, se estudió la modificación de un espectro elástico de desplazamientos para niveles de amortiguamiento diferentes a un 5% del crítico, cuya aplicación es muy relevante en las predicciones del método. Se propusieron ecuaciones ajustadas por mínimos cuadrados a la media de los factores de amplificación o reducción que permiten llevar a cabo esta tarea, considerando una base de datos de 130 registros de aceleración chilenos. Considerando la modificación de las ordenadas espectrales propuesta, se revaluó el Método del Espectro de Capacidad aplicado en sistemas inelásticos de un grado de libertad con disipadores de energía, en 14310 sistemas que permitieron abarcar casi la totalidad de los casos de mayor interés práctico. Para ello, se utilizaron set de registros debidamente seleccionados y escalados a un espectro elástico de diseño en particular para diferentes tipos de suelo. Los resultados mostraron que el método simplificado proporciona erráticas predicciones del desplazamiento inelástico, y que el límite de desplazamiento mínimo otorgado por la solución del sistema considerando que la estructura permanece elástica mejora significativamente las estimaciones. Por el contrario, la velocidad relativa se predice de forma muy errática a través de la seudo velocidad, por lo cual se proponen factores de corrección basados en la misma base de datos de 130 acelerogramas, obteniendo mejoras que son muy importantes para el diseño de disipadores que poseen una componente viscosa. Finalmente, se lleva a cabo una completa adaptación del Método de Análisis Modal Espectral a las condiciones sísmicas chilenas, para luego ser aplicado a sistemas de múltiples grados de libertad. En base a los resultados obtenidos, se descarta el uso del Método del Espectro de Capacidad, y se propone un método simplificado que asume un comportamiento elástico de la estructura, el cual proporciona predicciones bastante aceptables en sistemas regulares con importantes incursiones en el rango inelástico, con errores relativos acotados entre -20 y 30% para las principales variables de diseño de la estructura y los sistemas disipadores analizados, donde errores positivos indican predicciones conservadoras y errores negativos lo contrario.