Comparación de métodos de diseño sísmico para una estructura de muros especiales: Método de diseño basado en las fuerzas y método de diseño basado en los desplazamientos

Chile es una país en el cual el diseño sismorresistente de estructuras es fundamental, ya que se encuentra ubicado en una zona de alta sismicidad, donde ros terremotos son una amenaza constante para las construcciones. Estos terremotos inducen fuerzas y desplazamientos en las estructuras (Priestley et ál., 2007), lo que ha hecho que los métodos de diseño se basen en una de estas acciones para determinar la demanda sísmica sobre las estructuras. Particularmente, en estructuras de hormigón armado, en que la respuesta ante acciones sísmicas es generalmente inelástica, por lo que lo ideal en estos casos es un diseño cuyo resultado sea una estructura dúctil, es decir, que la estructura pueda deformar inelásticamente para el desplazamiento impuesto por un terremoto, sin pérdida considerable de resistencia (Priestley et ál., 2007). Actualmente, el método utilizado en Chile y otros países es el "Método de Diseño Sfsmico Basado en las Fuerzas", que consiste en determinar la demanda sísmica para un sistema estructural dado, en dos direcciones horizontales y perpendiculares, a partir del corte elástico basal de la estructura determinado con espectros de pseudo-aceleración. En el caso de Chile, esta situación se evalúa según la norma NCh433 Of.1996 Mod.2009 y D.S W61 (V. y U.), para esto es necesario conocer el periodo fundamental de oscilación de la estructura, el cual depende de la masa y rigidez del sistema estructural. Posteriormente es necesario reducir el esfuerzo de corte basal elástico por un factor de modificación de la respuesta, que está relacionado con la ductilidad y materialidad del sistema estructurar, este factor puede ser distinto para las dos direcciones horizontales perpendiculares analizadas, ya que el periodo fundamental de la estructura puede ser diferente en las dos direcciones analizadas, dependiendo de la configuración estructural. Luego, se distribuye el esfuerzo de corte basal entre los elementos estructurales en proporción a su rigidez elástica, y con esto determinar la ubicación de potenciales rótulas plásticas, es decir, donde los elementos de la estructura puedan responder inelásticamente frente a acciones sísmicas. Finalmente se comparan los desplazamientos de la estructura con los desplazamientos límite de la norma. Así, en caso de no cumplir con el límite se debe rediseñar el sistema sismorresistente, lo que puede requerir de varias iteraciones. El proceso de diseño sísmico basado en las fuerzas puede ser resumido como se muestra a continuación. Estimar las dimensiones estructurales. Estimar la rigidez de los elementos, basado en las dimensiones de los mismos. Estimar los períodos naturales en ambas direcciones de análisis. Estimar ef corte elástico de diseño a partir del espectro de aceleración. Obtener el nivel de ductilidad de la estructura y por ende el factor de reducción. Calcular las fuerzas sísmicas. Analizar las estructura bajo fuerzas sísmicas Diseño y ubicación de elementos que potencialmente responderán inelásticamente. Verificar desplazamientos . El método de diseño sísmico basado en las fuerzas tiene problemas fundamentalmente en el procedimiento, que se basa en la estimación de fa rigidez elástica para determinar el período fundamental y la distribución de fuerzas entre los elementos estructurales (Priestley et ál., 2007). Esto es un problema, debido a que la rigidez es dependiente del nivel de carga axial al que se encuentran solicitados los elementos, de resistencia y cantidad de armadura de refuerzo, los que no se conocen hasta el finar del procedimiento. Por otro lado, no es adecuado asignar las fuerzas sísmicas a los elementos en base a su rigidez elástica porque los diferentes elementos. estructurales (por ejemplo muros) no llegarán a su límite de fluencia al mismo tiempo, es decir, tienen diferentes deformaciones de fluencia. Este trabajo busca comparar dos métodos de diseño sísmico aplicados a un edificio de hormigón armado, estructurado con muros. En primer lugar el método de "Diseño Sísmico Basado en las Fuerzas", utilizado actualmente, y posteriormente un nuevo método que pretende mejorar las deficiencias mencionadas anteriormente, este es el método de "Diseño Sísmico Basado en los Desplazamientos", en el que se caracteriza a la estructura de múltiples grados de libertad por una estructura sustituta de un grado de libertad con propiedades físicas y geométricas equivalentes , en donde la rigidez del sistema es representada por la rigidez secante al máximo desplazamiento y una representación equivalente del amortiguamiento de histéresis para la respuesta máxima. La comparación de los métodos se hará mediante el análisis y diseño de una estructura compuesta por un sistema de muros estructurales especiales, de acuerdo al código ACI 318-08.