Desempeño sísmico de estructuras industriales de marcos multi-panel arriostrados concéntricamente, MTBF

Abstract

Los marcos multi-panel arriostrados concéntricamente han exhibido un desempeño sísmico caracterizado por una respuesta inelástica en altura, generada por la concentración de deformaciones en uno de los paneles, donde se inicia el pandeo de la diagonal a compresión y la posterior fluencia de la diagonal en tracción. Esto causa inestabilidad del sistema a través del pandeo a flexión o flexo torsional de las columnas, debido a la ausencia de restricción fuera del plano entre paneles. En la industria chilena es común el uso de este tipo de estructuración, con motivo de cubrir grandes alturas y disminuir las luces de los elementos, las cuales, son diseñadas bajo los criterios de diseño para marcos arriostrados, a pesar de no presentar diafragmas rígidos entre paneles. La AISC341-16, incluye entre sus disposiciones de marcos arriostrados, los marcos multi-panel, adicionando requerimientos en el análisis y diseño de columnas y puntales. Este estudio se centra en la evaluación del desempeño sísmico de dos estructuras industriales, compuestas por marcos multi-panel de diferentes alturas, diseñadas bajo las normativas prNCh2369 y AISC, con diagonales de perfiles XL, utilizados comúnmente en la industria chilena. La evaluación se efectúa a través de análisis pushover de los marcos más solicitados de cada estructura. Se utilizaron modelos numéricos para la calibración de la respuesta de diagonales y del marco multi-panel, los que fueron validados; el primero, contra datos experimentales, y, el segundo, contra resultados del estudio de Imanpour et al., (2016b). El diseño sísmico obtenido bajo la norma AISC, genera marcos 20% más pesados que los obtenidos bajo la norma prNCh2369, equivalente al aumento en las secciones de columnas y puntales. Al comparar el desempeño sísmico de ambas estructuras diseñadas bajo las normativas prNCh2369 y AISC, se evidencia que los requerimientos de diseño de marcos multi-panel incluidos dentro de la normativa AISC341 para marcos arriostrados, no son efectivos en el desempeño sísmico de los marcos estudiados. Asimismo, se observa un panel crítico bien definido en el marco con mayor altura de panel en la base, contrario al marco con igual altura de paneles, donde ambos paneles pueden ser críticos. A su vez, se obtiene que el aumento de la capacidad de restricción lateral proveniente de los puntales, no influye en la respuesta global de los sistemas; sin embargo, si genera un mejor desempeño en los marcos con perfiles de diagonal cuadrado. Por último, la respuesta estructural de ambas estructuras presenta un mejor desempeño estructural al aumentar la rigidez torsional y fuera del plano de los marcos. Esta rigidez se incluye a través del uso de diagonales de perfil cuadrado en conjunto con puntales diseñadas bajo los criterios de la AISC, orientadas con el alma en sentido horizontal; y, a través del aumento del espesor de las planchas de conexión tipo gusset.