Análisis de la influencia de la demanda sísmica en la respuesta de edificios hospitalarios con aislación basal

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2022-12

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Universidad de Valparaíso

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Escuela de Ingenieria Civil

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Se propuso un caso de estudio concordante a los edificios hospitalarios de alta complejidad, según las definiciones del Ministerio Público, que son los edificios que justifican la utilización de aislación basal debido a la importancia de estos para la población, esto ya que se usaron para la construcción del caso de estudio edificios que pertenecen a esta categoría en los distintos servicios de salud, donde los números de piso, secciones transversales de las vigas y columnas de hormigón armado, geometría de las plantas y distribución de las columnas son muy similares en los visto en los planos estructurales y memorias de cálculo de edificios hospitalarios mencionados en el capítulo 2. Se analizó y diseñó el caso de estudio propuesto, que fue modelado en Etabs, considerando lo propuesto en las normas sísmicas para edificios con base fija NCh 433 of 1996 Mod. 2012, sobre el efecto del tipo de suelo donde esté ubicada la estructura, mediante la modificación del espectro de diseño de la norma. Del análisis realizado, se tuvo que modificar el caso de estudio para poder cumplir con los límites normativos de los desplazamientos relativos entre piso para los suelos D y E, y para ello se necesitó rigidizar la estructura mediante el aumento de las secciones transversales de las columnas y vigas, lo que indirectamente induce a un aumento económico en la construcción de los edificios que se encuentren ubicados en los suelos mencionados. Por otra parte, se analizó y diseñó una estructura con aislación basal, que posee las mismas secciones que el caso 1, donde los límites de los drift cumplen para todos los tipos de suelos mencionados en la norma NCh 2745 of 2013. En lo relativo a las deformaciones de los aisladores, se comparó las deformaciones máximas obtenidos para cada espectro de diseño con las deformaciones máximas establecidas en la norma de edificios con aislación, donde se verificó que éstas se deforman menos que el máximo normativo y que el máximo del aislador. Comparando el diseño realizado, tanto de la estructura con aislación basal con la de base fija, la mayor diferencia radica en las vigas, ya que las solicitaciones sísmicas en el edificio aislado son menores que en el edificio empotrado, por lo que se usan cuantías de acero longitudinal menores comparados con el edificio con base fija, dando a su vez, cuantías de acero transversal menores en las vigas del edificio aislado que en el empotrado. Pero en el caso de las columnas, estas se mantienen iguales para ambos casos, ya que gobierna el área de acero longitudinal mínimo, y la cuantía transversal por confinamiento. Se realizó un análisis no lineal tiempo – historia modelando la estructura con aislación basal en el software Ruaumoko 2D, considerando las propiedades no lineales de los aisladores utilizados. Usando los registros escogidos, se comparó las curvas de histéresis con los diagramas de momento – curvatura de los elementos de hormigón armado, obteniendo que, en las vigas del primer piso hasta el tercer piso, todas incursionan en el rango no lineal para todos los registros usados, pero en las vigas del cuarto piso, sólo los registros de Kobe 1995, Christchurch 2011 y en menor medida, Maipú 2010 generaron incursiones no lineales. Por otra parte, en las columnas, ninguna incursionó en el rango no lineal, lo que demuestra que es concordante el criterio de columna fuerte – viga débil realizado en el análisis lineal, al diseñar los elementos de hormigón armado mediante marcos intermedios. En lo relativo a los drift entre piso, en la gran mayoría de los registros sobrepasa el límite normativo que es 0,003 para el análisis no lineal tiempo – historia realizado, por lo que se debe rigidizar más la superestructura para poder cumplir con esta condición, ya sea aumentando las secciones transversales de las columnas o agregando muros en el edificio. En cuanto a los aisladores, y según las curvas de histéresis obtenidas para cada registro, los que generan mayores desplazamientos y demandas de corte en los aisladores son los de Concepción 2010, Kobe 1995 y Christchurch 2011, que es concordante con la respuesta esperada observando en los espectros de pseudo –aceleraciones obtenidas, donde para el registro de Christchurch, se deforma casi al límite máximo de deformación que posee el aislador antes de fallar, según el fabricante. Esto indica que la norma chilena NCh 2745 of 2013 es lo suficientemente conservadora para garantizar la estabilidad de la estructura en los sismos característicos chilenos, independientes del tipo de suelo en que se ubique la estructura, sin embargo, en registros que se encuentren en tipo de suelos D o E pueden generar incursiones no lineales en la mayoría de las vigas del edificio, pero sin llegar al mecanismo de colapso de éste. Por otro lado, para los sismos estudiados que son producidos en fallas geológicas activas, se amplifica la respuesta en el nivel de aislación y en los elementos estructurales, por lo tanto, para sismos de gran magnitud que se originan en fallas geológicas como las usadas en el análisis no lineal, puede generar un colapso global del edificio, recordando que, si el nivel de aislación supera el límite máximo, entonces la estructura colapsa.

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EDIFICIOS HOSPITALARIOS, AISLACION SISMICA, NORMA NCH 433

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