Análisis de desempeño estructural de marcos sísmicos de hormigón armado especiales e intermedios en presencia de diversos sistemas de aislación sísmica

Abstract

Desde el año 2010 los organismos regulatorios de Chile, han exigido en toda infraestructura crítica, estratégica y esencial (como el caso de estructuras hospitalarias) la utilización de sistemas de protección sísmica. El aumento absoluto del número de estructuras aisladas sísmicamente en el país resulta en que sea de vital importancia profundizar en el estado del arte del diseño, tanto de los sistemas de aislación como de las superestructuras, para brindar una mayor seguridad a los usuarios y propietarios, y en el manejo responsable de los recursos disponibles, tanto en el ámbito estatal como privado. En la presente investigación se estudia el desempeño sísmico de estructuras aisladas de marcos de hormigón armado, típicas en el diseño de hospitales, con detallamiento de armaduras en conformidad con los requisitos de ACI 318-19 para marcos especiales e intermedios. Se profundiza en el procedimiento de diseño de los sistemas de aislación, siguiendo los criterios establecidos por el estándar ASCE/SEI 7-16, enfatizando en las diferencias en el desempeño estructural consecuentes de la aplicación de factores de modificación de propiedades lambda, que toman en consideración efectos de scragging, temperatura, envejecimiento, velocidad, entre otros, según requiere la norma chilena NCh2745:2013 para diseño de estructuras con aislación sísmica. Para lograr el objetivo propuesto, se efectúa en OpenSees el análisis de un total de 16 modelos con comportamiento no lineal que consideran todas las variantes analizadas, las que se encuentran asociadas al tipo de marco estructural (especial o intermedio), tipo de aislación sísmica, donde se estudian sistemas de aislación conformados por aisladores elastoméricos con núcleo de plomo (LRB) y sin núcleo de plomo (RB), conformado únicamente por aisladores elastoméricos de alto amortiguamiento (HDR) y conformado únicamente por aisladores friccionales deslizantes (FPS), y por el factor de modificación de propiedades lambda, el cual se asocia a los limites superior e inferior de los valores que controlan el comportamiento de los sistemas de aislación sísmica. Estos casos de estudio son sometidos a análisis dinámico incremental (IDA) cuyos resultados se presentan a través de curvas de fragilidad. Los resultados obtenidos confirman la seguridad de la utilización de detallamiento intermedio para estructuras sísmicamente aisladas diseñadas en conformidad con la práctica chilena. Se concluye que los factores de modificación de propiedades lambda generan una disminución disminución de hasta un 57% en la aceleración máxima del suelo requerida para causar fisuras, fluencias y alcanzar rotaciones últimas con respecto al caso que considera propiedades nominales. Además, se concluye que el GAP determinado en conformidad con la normativa nacional vigente, resulta en probabilidades de impacto de hasta el 40.7%. El uso de los factores lambda aumentan la probabilidad de impacto entre un 1.8% y un 13.3%, por lo que se recomienda determinar el GAP requerido alrededor de estructuras con aislación sísmica a través de un análisis probabilístico como el mostrado en el presente trabajo.