IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES Vs. PROCEDIMIENTOS

DE ANÁLISIS EN EL NUEVO REGLAMENTO INPRES-CIRSOC 103

Fozzatti, Gustavo; Toum, Ezequiel y Frau, Carlos Ingenieros Civiles

Facultad Regional Mendoza, Universidad Tecnológica Nacional. cdfrau@frm.utn.edu.ar

RESUMEN

El nuevo Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistente INPRES-CIRSOC 103, Parte I de julio de 2013 establece una evaluación cuantitativa de la irregularidad estructural tanto en planta como en altura. En virtud del nivel de irregularidad que presente una estructura, en determinados casos exige la aplicación de métodos dinámicos para el análisis estructural. En el presente trabajo se evalúa la eficiencia del método estático frente al análisis dinámico cuando se presentan diferentes tipos de irregularidades estructurales. Para los análisis dinámicos se utilizó el Procedimiento Modal Espectral y el Procedimiento de Respuesta Lineal en el Tiempo. Los resultados muestran una buena performance del método estático aún en edificios irregulares..

ABSTRACT

The INPRES-CIRSOC 103 - Part I (2013) code states quantitative evaluation of the structural regularity; that evaluation is in plant and in elevation. According to the irregularity, the code requires the use of dynamic methods. In this work, we evaluate the efficiency of the static vs. dynamic procedures when structures have different kind of structural irregularities. We use the spectral modal and linear time history procedures. The results show that the static method has a good performance, even in irregular structures.

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INTRODUCCIÓN

El nuevo Reglamentos Argentino para Construcciones Sismorresistentes INPRES- CIRSOC 103 - Parte I, de julio de 2013 (en adelante R-IC103), en su Capítulo 2 establece las condiciones para determinar el grado de regularidad estructural o bien, como contracara, la irregularidad que presenta una estructura sismorresistente. En el mismo capítulo fija los métodos de análisis admitidos para la evaluación de la acción sísmica. La regularidad estructural y los métodos de análisis se entrelazan en virtud de que estructuras con cierto tipo de irregularidad deben ser analizadas por medios de análisis dinámicos; en tanto que estructuras regulares o de escasa irregularidad pueden ser analizadas exclusivamente por el método estáticos de fuerzas equivalentes. En el presente trabajo se evalúa la eficiencia del método estático frente al análisis dinámico cuando se presentan diferentes tipos de irregularidades estructurales. Para los análisis dinámicos se utilizó el Procedimiento Modal Espectral y el Procedimiento de Respuesta Lineal en el Tiempo.

REGULARIDAD ESTRUCTURAL Se reconoce que la regularidad estructural –concepto de difícil expresión cuantitativa- es una condición que garantiza la confiabilidad en la predicción de la respuesta de una construcción ante excitaciones sísmicas. Por lo tanto es un objetivo de diseño deseable como lo demuestra la experiencia de muchos terremotos, en particular los más recientes. En una estructura regular las demandas inelásticas producidas por movimientos sísmicos fuertes tienden a distribuirse en toda la estructura, resultando una dispersión de la disipación de energía y del daño. En estructuras irregulares el comportamiento inelástico puede concentrarse en las zonas de irregularidad que deviene en una rápida falla de los elementos estructurales correspondientes. Adicionalmente algunas irregularidades introducen solicitaciones imprevistas en la estructura, frecuentemente no consideradas por los diseñadores cuando detallan el sistema resistente. Por último los métodos de análisis elástico empleados típicamente para el análisis estructural a menudo no pueden predecir bien la distribución de las demandas sísmicas en estructuras irregulares, conduciendo a un diseño inadecuado en las zonas de irregularidad. Por estas razones los requerimientos están orientados a propiciar que las construcciones tengan configuraciones regulares y a prohibir irregularidades grandes en construcciones próximas a fallas sísmicas, donde se esperan movimientos fuertes y demandas inelásticas extremas (INPRES-CIRSOC 103.Comentarios).

La regularidad tiene influencia sobre la elección del método de análisis pero también tiene influencia sobre la confiabilidad de sus resultados. Por eso y aunque en los reglamentos se vincula la regularidad con la elección del método de análisis, es necesario considerar el diseño para lograr disminuir las irregularidades. La clasificación se basa en el estudio de las deformaciones del sistema resistente. Las condiciones de regularidad torsional en planta y de regularidad de rigidez en altura

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son particularmente importantes y el reglamento limita la irregularidad en las zonas sísmicas 3 y 4 para las construcciones de altura superior a tres niveles; de manera que, si los resultados del análisis demuestran que la irregularidad es excesiva, el proyectista está obligado a rediseñar la estructura para reducirla a niveles admisibles (C-INPRES-CIRSOC 103).

Valoración de la regularidad estructural En forma general el R-IC103 divide a las regularidades en dos grandes grupos: regularidades en planta y regularidades en altura. La regularidad en planta se evalúa a través de la Tabla 1 que tiene en cuenta la regularidad torsional, la trayectoria de las acciones horizontales hasta las fundaciones, la perpendicularidad de los elementos resistentes y la configuración en planta.

Tabla 1. Condiciones de regularidad en planta según el R-IC103

La regularidad en altura se evalúa a través de la Tabla 2 que tiene en cuenta la distribución de la rigidez, las masas, las dimensiones y la resistencia.

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Tabla 2. Condiciones de regularidad en altura según el R-IC103

MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE LA ACCIÓN SÍSMICA

Excluyendo la verificación simplificada que se aplica a estructuras pequeñas y muy sencillas, el R-IC103 establece para la evaluación de la acción sísmica el método estático como procedimiento general. Además, en ciertos casos, exige la aplicación de métodos dinámicos para lo cual admite dos procedimientos: el modal espectral y el de respuesta lineal en el tiempo, cualquiera de los dos puede ser aplicado indistintamente. Por otro lado, el proyectista puede optar por aplicar métodos dinámicos en cualquier caso. La obligatoriedad de la aplicación de métodos dinámicos está relacionada con las irregularidades estructurales, de manera que determinadas irregularidades en ciertos niveles conlleva la utilización de métodos dinámicos. La Tabla 3 reproduce la tabla C 2.1 de los comentarios al R-IC103 que resume los alcances y condiciones para la aplicar los distintos métodos como así también los casos en los cuales exige un rediseño de la estructura.

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Tabla 3. Condiciones de regularidad estructural y métodos de análisis (Tabla C 2.1 de los comentarios al R-IC103).

METODOLOGÍA DEL TRABAJO

El trabajo se plantea a partir de un edificio de hormigón armado con estructuración regular sobre el cual se modifican componentes estructurales para generar distintos tipos de irregularidades. Los cambios se diseñan de manera tal que cada edificio presente un único tipo de irregularidad que permita su evaluación. Luego, cada edificio es modelado de acuerdo a los criterios del R-IC103, parte I y II y realizado su análisis con el método estático y ambos métodos dinámicos, es decir el procedimiento modal espectral y el de respuesta lineal en el tiempo. Para el análisis sísmico se adoptó un emplazamiento para el edificio en la zona sísmica 4, clasificación del sitio SD y por consiguiente Tipo Espectral 2. Para el destino de la construcción se consideró del Grupo B, edificios de orden común.

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Edificio regular

Se trata de una planta rectangular, resuelta con un sistema estructural compuesto por pórticos de 5 m de luz en la dirección ‘x’ y pórticos-tabiques en la dirección ‘y’(Figura 1). Las dimensiones globales del edificio son 20 m x 35 m y en altura cuenta con 12 niveles; el primer nivel con una altura de 5 m y el resto de 3 m, resultando en total un edificio de 38 m de altura. La modulación alrededor del núcleo central del edificio, que comprende las escaleras y la zona de ascensores, se dispone de tal modo de generar una estructura doblemente simétrica, y por lo tanto regular. En cada nivel se plantea un sistema de losas macizas que conforman diafragmas rígidos. Los materiales seleccionados son hormigón tipo H-25 y acero ADN-420. Para la rigidez de los componentes se utilizó secciones fisuradas de 0,4*Ig para las vigas, 0,60*Ig para la columnas y de 0,25*Ig – 0,50*Ag para los tabiques. Los períodos obtenidos son Tx=0,84 y Ty=0,62.

Figura 1. Configuración estructural del edificio base.

IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES

En particular el trabajo se focaliza sobre cuatro tipos de irregularidades: a) Irregularidad torsional b) Irregularidad de rigidez c) Irregularidad de masas d) Irregularidad de las dimensiones horizontales

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Irregularidad torsional

Se presenta con la falta de coincidencia entre el centro de rigidez y el centro de masa. Se evalúa a través de los desplazamientos de piso en los bordes más alejados de la planta cuando actúan las acciones sísmicas traslacionales y momentos torsores correspondientes a una excentricidad accidental del 5% de la longitud de la planta. La Figura 2 muestra la forma en que deben considerarse los desplazamientos relativos de piso para cuantificar la irregularidad torsional. Donde:

∆bkmáx Desplaz. relativo máximo del borde en el nivel k respecto del nivel k-1. ∆bkmínx Desplaz. relativo mínimo del borde en el nivel k respecto del nivel k-1. ∆mk= (∆bkmáx + ∆bkmínx)/2 Desplazamiento medio relativo en el nivel k.

Cuando el cociente = ∆bk / ∆mk es menor que 1,2 la estructura es regular torsionlamente; es de irregularidad media cuando dicho cociente se encuentra entre 1,2 y 1,4 y de irregularidad extrema cuando supera 1,4.

Figura 2. Desplazamientos para cuantificar la irregularidad torsional

Para alcanzar esta irregularidad torsional se procedió a eliminar una línea de tabiques manteniendo el resto de la estructura de edificio base (Figura 3).

Figura 3. Planta del edificio con irregularidad torsional extrema

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Irregularidad de rigidez

Se presenta cuando existe una gran variación en la altura de un nivel o las dimensiones de los componentes del sistema son muy diferentes en niveles adyacentes. Aunque en la literatura es frecuente relacionar este concepto con la “rigidez de piso” el R-IC103 lo vincula con la regularidad de la deformada del sistema, representado por los desplazamientos relativos de los sucesivos niveles. Esto es así por dos motivos: el primero es porque interesa el comportamiento del sistema, antes que el de los elementos individuales; el segundo es porque es difícil evaluar la rigidez de piso en estructuras con fuerte acoplamiento entre pisos, como es el caso de estructuras con tabiques, como es la práctica frecuente en nuestro país. La estructura irregular se materializa incorporando diagonales en los vanos de los pórticos x-x y y-y hasta el nivel 8 y manteniendo la estructura primitiva desde el nivel 9 a cubierta. No obstante la configuración planteada la estructura no alcanza a quedar encuadrada como irregular de rigidez.

Irregularidad de masas

Las variaciones bruscas de masa de un piso a otro pueden incrementar las fuerzas laterales de inercia, producir cambios en los modos naturales de vibración que invaliden las hipótesis simplificadoras de los métodos de análisis establecidos para la determinación de fuerzas sísmicas, introduciendo así incertidumbres en los resultados obtenidos con los métodos de análisis usuales. Produce además variaciones importantes en las demandas de deformación y de resistencia en el intervalo de comportamiento no lineal. Según el reglamento, son estructuras con regularidad de masas cuando las masas de cada nivel varían menos del 30% respecto de los niveles adyacentes. Para materializar este tipo de irregularidad, se opta por el incremento de masa de un 40% en el 6° nivel, es decir a la mitad de la altura del edificio.

Irregularidad de dimensiones horizontales

Esta condición se refiere a las dimensiones del sistema resistente, no a las dimensiones físicas de la construcción. En general la variación viene dada por la longitud de los elementos resistente que surgen de condiciones de retiro en altura para los edificios por cuestiones urbanísticas. Este tipo de disposición puede originar problemas de concentración de tensiones y alteraciones en los modos de vibración que, nuevamente, introducen incertidumbres en los resultados obtenidos con los métodos de análisis usuales. El Reglamento establece que si la variación de dicha dimensión horizontal del sistema resistente varía en un 30% o más respecto de los niveles adyacentes, la estructura se considera irregular. Para representar este tipo de irregularidad se pensó en un edificio del tipo

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Basamento-Torre, en el cual la planta mantiene la misma configuración que la del edificio base hasta el 4° nivel; a partir de allí, y valiéndose de la modulación del sistema, se suprimen los elementos estructurales en ambos laterales de la dirección ‘y’ y se reduce la dimensión de la planta en la dirección ‘x’ en un 50% hasta el 12° nivel. El resultado es una planta que presenta la mitad de longitud en la dirección ‘x’, y con ausencia de elementos tabiques (Figura 4).

Figura N°4. Estructura con irregularidad en las dimensiones horizontales.

EVALUACIÓN DE LAS ACCIONES SÍSMICAS

La evaluación de las acciones sísmicas se realizó en un todo de acuerdo a los especificado en al R-IC103 para cada uno de los casos estudiados. Si bien para cada uno de los casos se realizó su análisis sísmico específico, por brevedad se presentan a continuación los datos generales y los correspondientes al edificio base. La Figura 5 muestra el espectro elástico diseño de acuerdo al emplazamiento adoptado para el método estático como para el procedimiento modal espectral.

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Figura 5. Espectro elástico de diseño.

Para el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo se debe seleccionar un conjunto de registros sísmicos para luego obtener como respuesta de diseño la respuesta promedio de los distintos acelerogramas. Para ello se debe realizar un escalado de los registros a fin de hacerlos compatibles con el espectro de diseño, reduciendo la variabilidad de cada acelerograma y evitando perder las características propias del registro (por ejemplo aquéllas no estacionarias). De esto último se deduce que este punto tiene dos partes fundamentales a saber: la selección de los registros a utilizar y escalado de los mismos. En cuanto a la selección de los registros, se conoce que el movimiento del suelo en las regiones próximas a la fuente sísmica, es mucho más severo que en zonas ubicadas a cierta distancia. Entorno a una falla, el movimiento presenta características impulsivas que le otorgan alto poder destructivo. Por lo tanto si el edificio es emplazado en la zona de elevada peligrosidad sísmica resulta necesario que los acelerogramas para el análisis tengan estas características. El reglamento establece un mínimo de tres acelerogramas y cada uno de ellos debe cumplir la condición de que la aceleración máxima sea mayor a γr*Ca (0,40 en nuestro caso) y en lo referente a su espectro de respuesta, la media de las ordenadas no será inferior que la ordenada la correspondiente al espectro de diseño para periodos comprendidos entre 0,2T y 1,5T; donde T es el período de la estructura. Para el escalado de los registros se utilizó el programa Seismo-Match (Seismo Soft) a fin de compatibilizarlos con el espectro objetivo (Figura 5). La Tabla 4 muestra el resultado de los escalamientos como así la verificación de aceleraciones máximas y ordenadas promedio que exige el R-IC103 para cada una de las direcciones.

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Tabla 4. Registros utilizados y escalados para el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo. A modo de ejemplo las Figuras 6 y 7 muestran el escalado y compatibilización con el espectro de dos de los acelerogramas utilizados.

Figura 6. Espectros del registro del terremoto de Northridge. Azul: registro original; verde registro escalado; rojo espectro de diseño.

Period (sec)43210

Acc

eler

atio

n (g

)

2,32,22,1

21,91,81,71,61,51,41,31,21,1

10,90,80,70,60,50,40,30,20,1

0

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Figura 7. Espectros del registro del terremoto de Mendoza de 1985. Azul: registro original; verde registro escalado; rojo espectro de diseño

RESULTADOS

En este apartado se presentan los resultados obtenidos de los análisis realizados de acuerdo los casos, acciones y procedimientos descritos en los aparatados anteriores. Si bien en el desarrollo de la investigación se analizaron diversos parámetros, atendiendo a los objetivos planteados se presentan aquí tres parámetros de control, ellos son:

a) El esfuerzo de corte de cada nivel normalizado por el corte basal λi=Vk/Vo.

b) La distorsión de piso θk, como la define el reglamento, esto es la deriva relativa de cada nivel dividida por la altura del nivel, medida en el borde más desfavorable. c) La relación entre el corte basal obtenido por procedimientos dinámicos y el corte basal resultante del método estático, Vod/Voe.

Los resultados se muestran a través de gráficos que tienen el siguiente código de lectura: Estático; RSA, resultados del análisis del procedimiento modal espectral y RHA, resultados de análisis con el procedimiento de respuesta lineal en el tiempo. Debe hacerse notar que para el procedimiento modal espectral se utilizaron tanto al combinación SRSS (Raíz Cuadrada de la Suma de Cuadrados) como la CQC (Combinación Cuadrática Completa) no encontrándose diferencias significativas entre ambos por lo que para las gráficas siguientes se adoptó la combinación SRSS. En cuanto a los resultados correspondientes a las respuestas en el tiempo lo que indican las distintas figuras se corresponden con el promedio de las respuestas de cada uno de los siete acelerogramas tal cual lo especifica el reglamento.

Period (sec)43210

Acc

eler

atio

n (g

)

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

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Edificio regular

En primer lugar y como marco de referencia se muestran los resultados obtenidos para el edificio base, totalmente regular. La Figura 8 muestra la distribución de corte en altura expresado en términos relativos al corte en la base (λi) para ambas direcciones de análisis. Se observa claramente lo que es de esperar en estos casos, la predominante influencia del primer modo de vibración y por consiguiente una notable coincidencia entre los tres procedimientos. Dada la mayor flexibilidad del edificio en la dirección x-x se aprecia una leve reducción en la distribución de cortantes para la respuesta en el tiempo respecto del estático que prácticamente copia y queda escondido en la gráfica detrás del modal.

Figura 8. Distribución de corte relativo para el edificio regular.

Si ahora analizamos los valores que toman las distorsiones de piso (Figura 9), se observa claramente las mayores distorsiones que arroja el método estático, en tanto que de ambos procedimientos dinámicos se obtienen valores similares. No obstante las diferencias en los valores, se aprecia que tanto el estático como ambos dinámicos acuerdan en la distribución de las distorsiones en altura. Note que en todos los casos la distorsión máxima se encuentra en el 5º nivel para la dirección x-x y en el 6º nivel para la dirección y-y.

Figura 9. Distorsiones de piso para el edificio base.

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2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi x-x

Estático

RSA

RHA

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

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0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi y-y

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

PISO

θi

Distorsión de piso x-x

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

PISO

θi

Distorsión de piso y-y

Estático

RSA

RHA

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Irregularidad torsional

La estructura presenta irregularidad torsional extrema, es decir que en al menos un nivel, el desplazamiento relativo en un borde del edificio es mayor que 1,4 veces el promedio de los correspondientes al borde en cuestión y su opuesto. La Figura 10 muestra la distribución de corte en altura que no es influenciada por la irregularidad y resulta muy similar al caso de edificio regular.

Figura 10. Distribución de corte relativo para el edificio con irregularidad torsional. En cuanto a las distorsiones de piso (Figura 11), los resultados dan lugar a distintas consideraciones. A partir de que la irregularidad torsional se materializa en la dirección y-y (ver Fig. 3), resulta que en esa dirección el método estático arroja distorsiones mucho mayores que los procedimientos dinámicos, los cuales prácticamente coinciden quedando el de respuesta en el tiempo como el menor de todos. En la dirección perpendicular (x-x) el método estático en la mitad inferior del edificio (niveles 1 a 6) se encuentra por debajo de los dinámicos pero con diferencias mucho menos marcadas; en tanto que el procedimiento de respuesta en el tiempo queda entre el estático y el modal; en la mitad superior la situación se invierte. Nótese que las diferentes magnitudes de las distorsiones entre ambas direcciones, a pesar de la mayor longitud del edificio en la dirección y-y.

Figura 11. Distorsiones de piso para el edificio con irregularidad torsional

0

2

4

6

8

10

12

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi x-x

Estático

RSA

RHA

0

2

4

6

8

10

12

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

PISO

Vi/Vbasal

λi y-y

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

PISO

θi

Distorsión de piso x-x

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025

PISO

θi

Distorsión de piso y-y

Estático

RSA

RHA

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Irregularidad de masas

La estructura presenta irregularidad de masas, es decir que en al menos un nivel su masa varía más de un 30% respectos de las contiguas. Para nuestro edificio la irregularidad se presenta en el 6º piso con una masa 40% mayor que las de los niveles 5 y 7. La Figura 12 muestra la distribución de corte en altura que, contrariamente a lo que podría suponerse, no es influenciada por la irregularidad, aún en el 6º piso que resulta muy similar al caso de edificio regular.

Figura 12. Distribución de corte relativo para el edificio con irregularidad de masas Si miramos las distorsiones de piso, en ambas direcciones se presentan resultados similares, siendo el método estático el que arroja las mayores distorsiones en toda la altura del edificio (Figura 13). Los métodos dinámicos dan resultados similares. Es coincidente para los tres procedimientos el nivel para el cual se presenta la máxima distorsión de piso.

Figura 13. Distorsiones de piso para el edificio con irregularidad de masas

Irregularidad de dimensiones horizontales

La irregularidad de dimensiones horizontales planteada para el estudio contempla una reducción de las dimensiones en planta de manera que el edificio adopta una

0

2

4

6

8

10

12

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi x-x

Estático

RSA

RHA

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi y-y

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007

PISO

θi

Distorsión de piso x-x

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

PISO

θi

Distorsión de piso y-y

Estático

RSA

RHA

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configuración de basamento y torre donde el estrechamiento se materializa en la dirección x-x y comienza en el 5º nivel (ver Fig. 4). En la Figura 14 se puede observar que a partir del nivel donde se reducen las dimensiones horizontales el método estático se mantiene en ambas direcciones en tanto los procedimientos dinámicos son similares entre sí pero se muestran muy levemente por encima para la dirección de la irregularidad en tanto que esta diferencia se acentúa para la dirección perpendicular a la irregularidad. Nótese que la forma en que está planteada esta irregularidad conlleva también una irregularidad de masas.

Figura 14. Distribución de corte relativo para el edificio con irregularidad de dimensiones horizontales.

Al analizar los resultados de las distorsiones de piso (Figura 15) observamos un desplazamiento hacia arriba del nivel donde se alcanza la máxima distorsión, ahora en el nivel 7. El método estático queda siempre por encima de los métodos dinámicos en este caso con grandes diferencias, especialmente en los pisos con la reducción de dimensiones. Aparece un cambio brusco en las distorsiones en coincidencia con el cambio de dimensión. Para la dirección irregular (x-x) se presenta una importante diferencia entre la respuesta del procedimiento modal respecto del de respuesta en el tiempo.

Figura 15. Distorsiones de piso para el edificio con irregularidad de dimensiones

horizontales.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi x-x

Estático

RSA

RHA

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

PISO

Vi/Vbasal

λi y-y

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010

PISO

θi

Distorsión de piso x-x

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014

PISO

θi

Distorsión de piso y-y

Estático

RSA

RHA

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Irregularidad de rigidez

La estructura irregular se materializa entre el 8º y 9º nivel y no provoca diferencias en la distribución de cortantes en altura entre los diferentes procedimientos (Figura 16).

Figura 16. Distribución de corte relativo para el edificio con irregularidad de rigidez.

En las distorsiones todos los métodos reflejan el cambio de rigidez sobre el piso 9. El método estático se ubica significativamente por encima de los dinámicos, en tanto que estos, al igual en gran parte de los casos estudiados, se muestran bastante similares entre sí (Figura 17).

Figura 17. Distorsiones de piso para el edificio con irregularidad de rigidez.

Relación entre corte en la base

En este apartado se analiza la relación entre el corte basal obtenido por procedimientos dinámicos y el corte basal resultante del método estático, Vod/Voe. Se debe recordar que el reglamento establece que cuando se utilizan procedimientos dinámicos el corte en la base no puede ser menor que el 85% del obtenido por el método estático.

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2

4

6

8

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0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00

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0

2

4

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8

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PISO

Vi/Vbasal

λi y-y

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006

PISO

θi

Distorsión de piso x-x

Estático

RSA

RHA

0123456789

101112

0.000 0.001 0.001 0.002 0.002 0.003 0.003

PISO

θi

Distorsión de piso y-y

Estático

RSA

RHA

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La Tabla 5 resume los resultados obtenidos. En ningún caso el corte en la base obtenido por procedimientos dinámicos excede el correspondiente al método estático. Si bien no se muestran en la tabla, esta situación se mantiene para todos los niveles; de manera que en todos los casos el cortante en un nivel debido a un procedimiento dinámico es menor que el correspondiente al método estático. Para el análisis modal el mayor cociente alcanza el valor 0.80 en tanto que el mínimo es de 0.50. Para el procedimiento de respuesta en el tiempo, la tabla muestra el rango en que oscila la relación Vod/Voe para los 7 acelerogramas analizados; la misma alcanza un máximo de 0.99 y un mínimo de 0.40.

Tabla 5. Relación entre el corte basal dinámicos y el estático, Vod/Voe.

CONCLUSIONES Previo a presentar las conclusiones es necesario hacer algunas consideraciones que permitan comprender el alcance de las mismas. El trabajo que aquí se presenta es sólo el comienzo de una línea de investigación que debe profundizarse y ampliarse. Por lo tanto los resultados aquí presentados son válidos en el marco de las irregularidades materializadas de forma sencillas y para edificios de similares características. No obstante, los resultados muestran ciertas tendencias que pueden ser de utilidad para los diseñadores de edificios sismorresistentes en zonas de elevada peligrosidad sísmica.

• El método estático muestra una buen desempeño tanto para la estructura regular como para las irregulares en los casos estudiados. En general la respuesta se encuentra del lado conservador.

• En términos de fuerzas cortantes en valor absoluto el método estático siempre arroja mayores esfuerzos que los procedimientos dinámicos; esta situación se da tanto para el corte en la base como para el corte de cada nivel.

• Se presentan ciertos casos como el de irregularidad torsional o de dimensiones horizontales donde el corte dinámico se reduce a menos del

MOD. ESPECT. RESP. LIN. TPO. MOD. ESPECT. RESP. LIN. TPO.

EDIFICIO BASE 0.80 0.68 - 0.91 0.75 0.66 - 0.79

TORSIONAL 0.75 0.65 - 0.88 0.50 0.40 - 0.55

RIGIDEZ 0.78 062 - 0.99 0.76 0.62 - 0.86

DIM. HORIZONTALES 0.72 0.60 - 0.81 0.60 0.47 - 0.69

MASAS 0.80 0.71 - 0.92 0.75 0.67 - 079

DIRECCIÓ X-X DIRECCIÓ Y-Y

RELACIÓN ENTRE EL CORTE BASAL DINÁMICO AL CORTE BASAL ESTÁTICO Vod/Voe

CASO DE IRREGULARIDAD

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50% del estático. Esta situación confirma lo adecuado de la prescripción reglamentaria de limitar dicha reducción al 85%.

• Evaluada la distribución del cortante basal en altura, se observa que el método estático ajusta muy bien con la distribución que presentan los procedimientos dinámicos, los cuales no presentan diferencias entre sí. Hace una excepción el caso de irregularidad por variación de dimensiones horizontales en donde aparece una pequeña subvaluación del cortante en los pisos superiores.

• Las distorsiones de piso presentan gran variabilidad entre el método estático y los dinámicos. Los procedimientos dinámicos arrojan en general resultados similares excepto para el caso de reducción de las dimensiones horizontales.

• Las distorsiones resultantes del método estático están por encima de las obtenidas en métodos dinámicos en un rango que va de un 20% a un 100 %. Se exceptúa el caso de irregularidad torsional en la dirección más flexible donde la distorsión de piso es sub-valuada por el método estático el niveles inferiores.

Agradecimientos Los autores agradecen a la cátedra de Proyecto Final de la Regional Mendoza de la Universidad Tecnológica Nacional dentro de la cual se desarrolló este trabajo como tesis de grado de los entonces alumnos Gustavo Fozzatti y Ezequiel Toum. Referencias Abrahamson, N.A., 1992, Non - Stationary Spectral Matching, Seismol Lett. Azlan, A., et al., 2006, Development of Synthetic Time Histories at Bedrock for Kuala Lumpur, 6° Asia-Pacific Structural Engineering and Construction Conference, Kuala Lumpur, Malaysia. Bazán, E., Meli, R., 1995, Diseño Sísmico de Edificios, Limusa, México. CIRSOC 101, 2005, Reglamento Argentino de Cargas Permanentes y Sobrecargas Mínimas de Diseño para Edificios y otras Estructuras, INTI-CIRSOC, Buenos Aires. CIRSOC 201, 2005, Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón, INTI-CIRSOC, Buenos Aires. Chopra, A.K., 1995, Dynamics of Structures, Prentice Hall, New Jersey. Colunga, A.T., 2010, Irregularidad Estructural y su Efecto en la Respuesta Sísmica de Edificios, V Congreso Iberoamericano de Ingeniería Civil, Mérida, Venezuela. INPRES - CIRSOC 103 - PARTE 1, 2013, Reglamento Argentino para Construcciones Sismorressitentes Parte 1 - Construcciones en General, INTI-CIRSOC, Buenos Aires. INPRES - CIRSOC 103 - PARTE 2, 2000, Reglamento Argentino para Construcciones Sismorresistentes Parte 2 - Construcciones de Hormigón Armado, INTI-CIRSOC, Buenos Aires.

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