Diseño por capacidad partiendo de un análisis comparativo entre el método modal espectral y el método tiempo historia con el uso de acelerogramas sintéticos y la Norma Ecuatoriana de la Construcción 2015; de un edificio de 9 pisos en estructura metálica
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Date
2022-09
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica. Maestría en Ingeniería Civil con Mención en Estructuras Metálicas
Abstract
National and international regulations are being updated based on the lessons learned from
seismic events; having buildings designed in some cases with regulations that were not very
demanding in the dynamic part and in other cases built without any technical procedure; it
is necessary to improve the analysis of the behavior of the structure subjected to lateral forces
produced by earthquakes in a controlled manner, leading to a theoretical collapse of the
structure.
This variation is achieved by progressively increasing the amplitudes of the accelerograms
used as dynamic excitation. In this work, this numerical procedure for the evaluation of the
seismic behavior of structures is applied in order to evaluate the values of the behavior factor
postulated in the Ecuadorian Standard for the seismic-resistant design of special steel
moment-resisting frames. However, due to the non-linear behavior of the soil, the solution is limited to a set of activities inherent to the correct structural modeling and use of properly
filtered seismic records. Regarding the generation of synthetic accelerograms, they must be
adjusted to an objective spectrum involving the non-linear behavior of the soil; although it
is true that spectral adjustments in the time domain, due to the existence of public domain
software, are relatively simple procedures to execute, it is necessary to have a wide
knowledge in this type of procedure.
In the process of verifying the compatibility of the responses of the vibration period of the
structure by placing it as a percentage of the distance and moving the center of masses
according to the Ecuadorian standard, it was evidenced that the period of the structures does
not affect, due to the fact that the static eccentricity between the center of masses and the
center of stiffness can increase more or less; being noticeable the more irregular the structure.
By scaling the accelerograms with the response spectrum provided by the NEC; to make
synthetic accelerograms, the pseudo-spectral acceleration tends to be similar to the
acceleration of the target spectrum, so it could be more productive to work with
accelerograms of low magnitude earthquakes, being indispensable to take into consideration
the parameters of focal depth, type of fault, soil conditions, etc.
For capacity analysis, it is possible to choose only the structural elements that could have
some suspicion of failure, concentrating all our effort in solving these elements; it should be
clear that the design by capacity does not provide design data, the results obtained serve to
analyze the possible complications that could occur in the structure during a seismic
movement; it is important to emphasize that they are not totally real data, taking into account
that an earthquake has many variables that are not taken into account during the nonlinear
analysis.
Description
La normativa nacional e internacional van actualizándose en base a las enseñanzas que dejan
los eventos sísmicos; al tener edificaciones diseñadas en unos casos con reglamentos que no
tenían mucha exigencia en la parte dinámica y en otros casos construidas sin ningún
procedimiento técnico; es necesario mejorar el análisis del comportamiento de la estructura
sometida a fuerza laterales producidas por terremotos de manera controlada, hasta llevarle
al colapso teórico a la estructura. Esta variación se logra incrementando progresivamente las
amplitudes de los acelerogramas empleados como excitación dinámica. En este trabajo se
aplica este procedimiento numérico de evaluación del comportamiento sísmico de las
estructuras con la finalidad de evaluar los valores del factor de comportamiento postulados
en la Norma Ecuatoriana para el proyecto sismorresistente de pórticos especiales de acero resistentes a momentos. Sin embargo, debido al comportamiento no lineal del suelo, la
solución se circunscribe a un conjunto de actividades inherentes a la correcta modelación
estructural y uso de los registros sísmicos debidamente filtrados. En cuanto a la generación
de acelerogramas sintéticos deben ajustarse a un espectro objetivo que involucren el
comportamiento no-lineal del suelo; si bien es cierto los ajustes espectrales en el dominio
del tiempo, debido a la existencia de software de dominio público, son procedimientos
relativamente sencillos de ejecutar, es necesario tener un amplio conocimiento en este tipo
de procedimiento.
En el proceso de verificación de compatibilidad de las respuestas del periodo de vibración
de la estructura colocando como un porcentaje de la distancia y al mover el centro de masas
de acuerdo como lo señala la norma ecuatoriana, se evidenció que el periodo de las
estructuras no incide, debido a que la excentricidad estática entre el centro de masas y el
centro de rigideces puede incrementar en más o en menos; siendo notorio cuando más
irregular es la estructura. Al escalar los acelerogramas con el espectro de respuesta
proporcionado por la NEC; para fabricar los acelerogramas sintéticos, la aceleración seudo
espectral tiende a ser semejante a la aceleración del espectro objetivo, por lo que podría ser
más productivo trabajar con acelerogramas de sismos de baja magnitud, siendo
indispensable tomar en consideración los parámetros de profundidad focal, tipo de falla,
condiciones de suelo, etc.
Para el análisis de capacidad, se puede escoger solo los elementos estructurales que podrían
tener alguna sospecha de falla, concentrando todo nuestro esfuerzo en solucionar estos
elementos; se debe tener claro que el diseño por capacidad no proporciona datos de diseño,
los resultados obtenidos sirven para analizar las posibles complicaciones, que podrían
presentarse en la estructura durante un movimiento sísmico; es importante recalcar que no
son datos totalmente reales, tomando en cuenta que un terremoto tiene muchas variables que
no son tomadas en cuenta durante el análisis no lineal.
Keywords
ACELEROGRAMAS SINTÉTICOS, ANÁLISIS COMPARATIVO, ANÁLISIS DINÁMICO, CORTE BASAL, CURVAS DE CAPACIDAD, CURVAS DE FRAGILIDAD, DERIVAS INELÁSTICAS, ESTRUCTURAS METÁLICAS, MODAL ESPECTRAL, ROTULA PLÁSTICA, TIEMPO HISTORIA