Proyecto sismorresistente de estructuras con forjado reticular y disipadores histeréticos basado en el balance de energía

Resumen

La tesis plantea un método de proyecto sismorresistente para estructuras con forjado reticular y disipadores de energía según la metodología del proyecto basado en prestaciones y la filosofía de cálculo basada en el balance de energía propuesta por Housner-Akiyama. Se establecen tres niveles de peligrosidad sísmica, con unos determinados niveles de prestaciones a cumplir en cada uno de ellos para estructuras de tipo residencial, tomando como referencia el documento VISION 2000 propuesto por la SEAOC (Structural Engineer Association of California) en el año 1995, en el que se presentan los fundamentos del proyecto basado en prestaciones. Se trata de aprovechar las características de flexibilidad frente a cargas laterales de las estructuras con forjado reticular, así como su versatilidad y amplia tradición constructiva en países como España, en el marco de las estructuras mixtas rígido-flexibles planteadas por Akiyama H. La parte flexible, denominada estructura principal, la constituye la estructura de hormigón con forjado reticular proyectada para soportar fundamentalmente las cargas gravitatorias, mientras que la parte rígida la forman los disipadores histeréticos encargados fundamentalmente de disipar la energía introducida por un terremoto correspondiente al nivel de peligrosidad sísmica menor. De esta forma, para el terremoto frecuente de período de retorno 72 años tanto la estructura como las partes no estructurales como instalaciones y particiones no sufrirían daño, concentrándose el mismo de manera controlada en los disipadores de energía, fácilmente reparables (nivel de prestaciones Operacional). Para los terremotos de niveles de peligrosidad sísmica superiores, se permite daño tanto en la estructura principal como en los disipadores: (i) en el segundo nivel de peligrosidad (terremoto de período retorno 475 años) se permite daño en la estructura principal sin degradación de resistencia en sus elementos resistentes, de tal forma que sea posible su reparación (nivel de prestaciones de Seguridad); (ii) en el nivel de peligrosidad sísmica superior (terremoto de período de retorno 970 años) el daño en la estructura principal es tal que se permite la degradación de resistencia sin llegar a la rotura, minimizando de esta forma la probabilidad del colapso de la estructura (nivel de prestaciones Próximo al Colapso). En la tesis se presentan procedimientos tanto de cálculo de disipadores como de comprobación de prestaciones adecuados a cada nivel de peligrosidad sísmica, en función del comportamiento elástico o plástico de la estructura principal. Asimismo, se plantea un método aproximado para el cálculo de la curva de capacidad de la estructura principal, que evita la realización de modelos no-lineales. Por otro lado, se incluyen procedimientos y directrices que se aplican sobre la estructura principal que permiten garantizar una capacidad mínima de deformación plástica para poder cumplir con las prestaciones establecidas en el método de proyecto, centrados en: (i) establecer unos niveles mínimos de ductilidad de las rótulas plásticas de flexión y (ii) evitar fallos frágiles debido al esfuerzo cortante en elementos lineales como pilares y nervios, así como de punzonamiento en las zonas macizas o ábacos de las uniones pilar-placa. Para el cálculo de disipadores de energía, se presenta una nueva distribución óptima de resistencia lateral orientada a conseguir una distribución uniforme del daño, representado por el coeficiente de deformación plástica acumulada. Para realizar la validación numérica de los procedimientos de cálculo propuestos, se realiza un modelo numérico no-lineal de pórtico virtual de una estructura con forjado reticular (calibrado con resultados procedentes de ensayos de laboratorio realizados sobre conexiones pilar-forjado reticular) y disipadores de energía. Sobre este modelo se aplican terremotos tanto de campo cercano como lejano convenientemente escalados para alcanzar los valores de input de energía correspondientes a los distintos niveles de peligrosidad sísmica, que permiten comparar los resultados obtenidos de los cálculos dinámicos con las predicciones realizadas en el método de proyecto. Se constata la importancia de la correcta estimación de los valores de proyecto del parámetro de eficiencia energética o número de ciclos equivalentes, tanto de los disipadores como de la estructura principal, a la hora de predecir correctamente el comportamiento dinámico de la estructuras mixtas rígido-flexibles. Finalmente se presentan las conclusiones centradas fundamentalmente en la validez del método de cálculo sismorresistente propuesto así como de los modelos numéricos no-lineales planteados para la estructura con forjado reticular sometidos a cargas de tipo cíclico.