Evaluación de Marcos con Sistemas Mixtos de Arriostramientos para Edificios de Baja Altura en Chile

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2022-01

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Universidad de Valparaíso

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Escuela de Ingenieria Civil

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En Chile sin lugar a duda son importantes los materiales de hormigón armado y acero estructural para la confección de estructuras. Sin embargo, según datos entregado por el Instituto Chileno del Acero (ICHA) no es muy recurrente que se utilice el acero en edificios de uso habitacional, esto debido a que se requiere una mano de obra de mayor precisión y que la arquitectura en Chile se encuentra más calificada para los diseños de hormigón armado [1]. No obstante, el acero estructural se ha implantado como material constructivo en edificios de uso industrial, es decir en bodegas y plantas productivas en Chile, dado que es un material resistente y dúctil, por lo que facilitaría el diseño sismorresistente impuestos por los códigos de diseño [2]. Sobre esta base, el presente trabajo centra su análisis en marcos arriostrados de acero para estructuras de uso industrial, específicamente, oficinas. En lo que respecta al diseño sismorresistente, éste puede ser implementado mediante una demanda sísmica a base de desplazamientos, energía o fuerzas, siendo esta última la más utilizada puesto que se define a partir de espectros de aceleraciones a base de las propiedades dinámicas de la estructura. Análogamente, en todo proyecto estructural debe de considerarse un diseño por capacidad ya que los elementos deben ser capaces de resistir las fuerzas que se producen bajo un sismo evitando fallas frágiles. En definitiva, los conceptos de resistencia, rigidez y ductilidad en el diseño de las estructuras es lo primordial, dado que la edificación debe contar con la capacidad de deformarse lateralmente, absorber y disipar energía sin colapsar [3]. La normativa vigente en Chile para cumplir dichos principios corresponde ser la NCh433.Of.96.mod2012 [4] “Diseño Sísmico de Edificios” para el análisis sísmico, al igual que la NCh3411:2007 “Diseño sísmico de edificios con sistemas pasivos de disipación de energía – Requisitos y métodos de ensayo” [5], además de, las normas estadounidenses redactadas por el Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC341-16 [6] y AISC360-16 [7]). Por otra parte, existen estudios previos que señalan un buen comportamiento en estructuras de acero que en sus diseños incluyen sistemas disipadores de energía, que, si bien no evitan el ingreso de la energía traspasada del suelo a la estructura, si permiten que la disipación se concentre en los elementos confeccionados para esos fines [8]. Dentro de las estructuras de acero más comunes para resistir cargas sísmicas se encuentran los marcos especiales arriostrados concéntricamente encontrados en la literatura como “Special Concentrically Braced Frames, SCBF” [9] y los marcos con diagonales restringidas al pandeo o bien llamadas “Buckling Restrained Braced, BRB”; ambos poseen una gran rigidez lateral, gran capacidad de disipación de energía y son estructura de bajo costo. Los modelos SCBF se utilizan y diseñan con la finalidad de disipar la energía a través del pandeo de sus riostras, sin embargo, cuentan con la desventaja que posterior al primer pandeo o mecanismo de fluencia su resistencia y/o rigidez estructural disminuye significativamente por lo que suelen quedar deformaciones residuales en las estructuras. Por el contrario, los modelos BRB pertenecen a un sistema disipador pasivo mecánico de energía, son estructuras más flexibles ya que el área del núcleo de la riostra es más pequeña permitiendo así la fluencia en ella, pero no cuentan con la capacidad de recuperación al momento permitir la primera deformación en la estructura, además que, en Chile no se cuenta con un manual de diseño para reemplazar una diagonal averiada. [10] En resumen, ambas estructuras a pesar de poseer una alta rigidez lateral siempre dejan deformaciones residuales, bajo movimientos sísmicos en vista que no disponen de un mecanismo de recentrado. De acuerdo con lo anterior, es que, en los últimos tiempos se ha propuesto y estudiado un tipo de marco de acero que incluye elementos auto-centrantes (“Self Centering, SC”) siendo su finalidad principal concentrar el daño en elementos estructurales de fácil reemplazo y por sobre todo permite la recuperación de la estructura a su centro de origen. No obstante, estos tipos cuentan con una mínima capacidad para disipar energía trayendo como consecuencia aceleraciones absolutas elevadas en la estructura [11] y [12]. En base a todo lo dicho, es que el presente trabajo de título buscará combinar y diseñar los tipos de marcos arriostrados y elementos auto-centrantes en una misma estructura, pudiendo así establecer un modelo con mejor respuesta estructural ante eventos sísmicos.

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Auspiciador

Palabras clave

ACERO, EDIFICIOS, CHILE

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