Estimación de los parámetros de diseño sísmico en marcos arriostrados concéntricamente, según NCH433

Abstract

Dado el desarrollo de la ingeniería sísmica en Chile a principios de los años 30 con los primeros códigos de diseño sísmico, las primeras tipologías predominantes empezaron a surgir, siendo el hormigón el gran dominador de la fauna si a edificios se refiere. En la actualidad, el acero ha jugado un papel preponderante en el sector industrial, principalmente en la industria minera, pero no ha incursionado de forma completa en el diseño de edificios, abarcando solo materialidades mixtas como es la Gran Torre de Santiago, cuyo núcleo es de hormigón y sus losas son sostenidas por bielas de acero para combatir el efecto Creep del concreto. Una muestra clara de ello es que, al examinar la normativa chilena, no hay grandes manuales de diseño o estudios recabados respecto a este material en cuestión. En esta investigación, se estimaron parámetros de diseño sísmico para edificios en acero con los cuales se pretende contribuir a esta pequeña base de datos existente, con el fin de dar un sustento teórico y proyectar en el tiempo el diseño en cuestión. En específico, este estudio se centró en los marcos especiales arriostrados concéntricamente (SCBF) los cuales son tipologías que controlan de forma efectiva el desplazamiento de pisos debido a su alta rigidez lateral y son comúnmente usados en países desarrollados con solicitaciones sísmicas importantes tales como Estados Unidos y Japón. Particularmente, se estudiaron 9 arquetipos, que correspondieron a estructuras SCBF en 2-D, bajo la zona sísmica 3 y los suelos tipo C, D y E dados por la norma de Diseño Sísmico de Edificios NCh433, dando un total de 27 modelos a analizar. Complementado lo anterior, se usaron las normas internacionales AISC360 y AISC341, para el diseño de elementos estructurales y las provisiones sísmicas, respectivamente. Una vez dado el cumplimiento de diseño normativo de estos edificios, se analizó su comportamiento No Lineal Estático, denominado Pushover, bajo las metodologías dadas por el manual FEMA P695 y el uso de software SAP2000. Cabe destacar, que el diseño por capacidad de los edificios previo análisis no lineal, se hizo de forma manual y no a través de los outputs de diseño del software, de tal manera que se puedan tener claros los criterios de diseño de los modelos. Los resultados obtenidos, de una forma global, señalan la existencia de sobredimensionamiento de los elementos estructurales, dados los valores de 3 parámetros sísmicos estudiados: Sobrerresistencia, Ω; Ductilidad, µ, y Factor de Modificación de Respuesta, R. Los valores arrojados detallan que, para estructuras de baja y mediana altura, las consideraciones sísmicas son óptimas dado que aceptan menos daño, es decir, se obtiene un Factor de Modificación más alto que el dado por norma, sin embargo, para edificios altos, se acepta más daño, estando debajo de los valores normados, de tal forma que la probabilidad de colapso de una estructura de este tipo es alta.