"Rehabilitación sísmica de una estructura industrial existente en Chile mediante la incorporación de diagonales con pandeo restringido"

Abstract

Esta tesis propone y estudia la rehabilitación sísmica de una estructura industrial existente en Chile mediante la incorporación de sistemas pasivos de disipación de energía, en específico disipadores metálicos histeréticos denominados diagonales con pandeo restringido, más conocidas como BRB por sus siglas en inglés (buckling restrained braces). Para esto, se selecciona una estructura de acero perteneciente a la gran minería, construida en acero durante los años 80 en el norte de Chile. La estructura posee marcos exteriores arriostrados en ambos sentidos, con diagonales tipo chevron en los primeros dos niveles, y diagonales en cruz en los niveles superiores. Para fines comparativos, se evalúa explícitamente el desempeño sísmico de la estructura en tres condiciones: (1) la estructura original; (2) la estructura rehabilitada mediante un refuerzo metálico convencional y; (3) la estructura rehabilitada mediante la incorporación de BRB en los dos primeros niveles. Durante la evaluación del desempeño sísmico de la estructura original, se observa una respuesta frágil del sistema sismo-resistente, debido principalmente a la falta de resistencia a flexión de las vigas de los dos primeros niveles frente al desbalance de fuerzas en la conexión de las diagonales en chevron. Esta condición puede generar un colapso global de la estructura para coeficientes sísmicos iguales o mayores a C=0.28. Respecto a los dos últimos métodos de rehabilitación, ambos alcanzan los niveles de desempeño objetivo de forma ajustada, cumpliendo con la normativa sísmica aplicada. Sin embargo, diferencias en cuanto a la ductilidad del sistema estructural, los niveles de demanda sísmica y su efecto en la verificación del resto de la estructura y sus fundaciones, y finalmente los costos y plazos, dan la ventaja técnica y económica a la solución con BRB. En cuanto a la respuesta global, la solución con refuerzo metálico convencional resulta en una estructura de alta resistencia (C=0.76) y limitada ductilidad. El corte basal inelástico promedio obtenido para los 11 registros sísmicos considerados es un 270% mayor a la resistencia lateral de la estructura original, lo que impacta directamente a las fundaciones. Por otro lado, la solución con BRB resulta en una estructura de alta ductilidad, con una resistencia lateral equivalente a la obtenida en la estructura original (C=0.25), y donde el promedio de la respuesta de corte basal inelástico es un 15% menor a la resistencia lateral original. Finalmente, y respecto únicamente a la superestructura, la solución con BRB es un 31% más económica que la alternativa con refuerzo metálico convencional y requiere un tercio del tiempo de ejecución, dependiendo del método constructivo. Lo anterior no considera la intervención en las fundaciones existentes, la que es necesaria en el caso del refuerzo convencional.