Diseño basado en desplazamientos para el refuerzo de estructuras existentes mediante disipadores histeréticos

Abstract

En zonas de elevada peligrosidad sísmica existen estructuras que pueden requerir un refuerzo estructural para mejorar su desempeño. Los sistemas pasivos de disipación de energía son una alternativa que, frente a los sistemas convencionales, presentan la ventaja de menor tiempo de implementación y la posibilidad de recambio luego de un evento destructivo. En el presente trabajo se planteó la necesidad de desarrollar un método de diseño, basado en desplazamientos, de bajo costo computacional y fácil implementación, para estructuras reforzadas con sistemas histeréticos de disipación pasiva de energía, con el objetivo de alcanzar un nivel de desempeño adecuado. Primero se realizó una revisión de la literatura de los métodos de diseño para estructuras con y sin sistemas de disipación de energía, y se trataron aspectos conceptuales de los sistemas de protección sísmica. Posteriormente, se desarrolló el método para el refuerzo de estructuras existentes, y con una variante se aplicó a estructuras nuevas. Se dedicó un apartado a la selección de registros y utilización de distintos métodos de escalamientos para aplicar la formulación a edificios característicos de la zona, y se contrastaron los resultados con análisis dinámico no lineal. El método de diseño propuesto consta de un algoritmo de siete pasos, que parte de los conceptos básicos del diseño basado en desplazamientos, y concluye con las propiedades de los disipadores en cada nivel de la estructura. Mediante una simple variante, el algoritmo es también aplicado a edificios nuevos. Además, se ha desarrollado un software (CALDIS v1.1) para divulgar el método en la comunidad profesional y científica. Se realizaron 3 aplicaciones concretas para validar el método propuesto, dos a pórticos, de 2 y 6 niveles, representativos de estructuras existentes, y una estructura de 8 niveles, representativa de un edificio nuevo. Todos emplazados en zona de muy elevada peligrosidad sísmica en el oeste argentino. Se establecieron dos niveles de demanda sísmica, un terremoto de diseño y un terremoto máximo considerado, de acuerdo con lo establecido en los reglamentos internacionales. Para validar el método, y para cumplir los requerimientos de normas internacionales, se sometieron las estructuras a un análisis dinámico no lineal. Los resultados numéricos obtenidos mostraron el buen desempeño del método propuesto siendo una herramienta de bajo costo computacional y fácil implementación para estimar las propiedades de los disipadores histeréticos en edificios. Además, un análisis de sensibilidad sobre uno de los edificios mostró un rango importante de ductilidades para aplicar el método. También, se verificó que el escalamiento por ajuste espectral presenta menores dispersiones y menor tiempo de respuesta en los análisis no lineales. Finalmente, se concluye que el método propuesto es una excelente herramienta, y de sencilla implementación, para estimar propiedades de disipadores histeréticos en el refuerzo de estructuras existentes.