Desempeño de marcos arriostrados excéntricamente de varios niveles sin losa intermedia, con enlaces cortos reemplazables

Abstract

Debido al amplio uso de las estructuras de acero en el área industrial nacional es que el presente trabajo busca evaluar el desempeño sísmico de marcos arriostrados excéntricamente (EBF) cuando sus enlaces son cortos, reemplazables y no poseen losa en varios niveles. La ventaja principal de este tipo de marco es que permite el reemplazo de la sección donde se concentra el daño, el enlace. Sin embargo, aún no existe normativa que mencione cómo diseñarlos cuando no se posee un diafragma rígido en la dirección perpendicular, el cual apoya a la viga y evita que sea susceptible al pandeo. La investigación considera 2 arquetipos, de 2 y 4 niveles, con losa en los niveles pares y 3 vanos. El vano central está compuesto por el sistema EBF, con un enlace de extensión 1200 [mm] e imperfecciones de 8.8 [mm] fuera del plano en los niveles sin losa. La altura de cada nivel es de 5 [m] y el ancho por vano es de 10 [m]. Las estructuras son diseñadas considerando las disposiciones de AISC 341 y AISC 360, junto con la variabilidad de la demanda sísmica expuesta en la NCh2369, es decir, se tiene en cuenta los tipos de zonas (1, 2 y 3) y suelos (A, B, C y D). De la etapa de diseño resultan 5 modelos, cuyo desempeño sísmico es evaluado mediante lo estipulado en la metodología del informe FEMA P-695, el cual propone dos procedimientos no lineales: estático (pushover) y dinámico (tiempo-historia). Dichos modelos y análisis son desarrollados en 3D en la plataforma OpenSees, basándose el comportamiento del enlace corto en el modelo de Ramadan y Ghobarah. De los análisis no lineales se obtienen, por modelo, los parámetros de desempeño sísmico y la razón de margen de colapso (CMR), lo que permite evaluar su respuesta. El análisis estático evidencia que los modelos poseen ductilidades superiores a 3, con elevadas sobrerresistencias para ciertas zonas y suelos de menor demanda sísmica. En consecuencia, en todos los modelos se aprecian factores de ductilidad unitarios, no incursionándose inelásticamente. El análisis dinámico de la estructura de 2 niveles exhibe un buen desempeño sísmico, al cumplir todos los criterios del FEMA P-695. En cambio, la estructura de 4 niveles, para ciertas zonas y suelos, se debe rediseñar al no satisfacerlos. Por último, el modo de falla de los marcos cumple con lo esperado, concentrándose el daño en el enlace. En particular, para el espectro objetivo a nivel máximo (FS=1) todos los elementos permanecen elásticos o el enlace bajo el límite de rotación de ocupación inmediata, coincidiendo con la filosofía de diseño de la NCh2369.