Proyecto sismorresistente basado en prestaciones utilizando métodos energéticos aplicado a pórticos con sistemas de control pasivo

Résumé

El objeto de esta tesis es plantear una nueva metodología sismorresistente basada en prestaciones y en las ecuaciones de balance de energías de Housner-Akiyama para proyectar estructuras porticadas de hormigón armado equipadas con sistemas de control pasivo. Desde el primer código sísmico promulgado en Japón en los años 20 del siglo pasado, las filosofías para proyectar estructuras en zonas sísmicas han evolucionado desde el proyecto en régimen elástico, pasando por la admisión de deformaciones plásticas en la estructura bajo el sismo más severo esperable, hasta su estado actual orientado al control del daño. Los terremotos de Northridge (1994) y Kobe (1995) supusieron un antes y un después en la ingeniería sísmica y han actuado como espoleta en el desarrollo de un nuevo paradigma conocido como proyecto sismorresistente basado en prestaciones (Performance Based Seismic Design pbsd). El paradigma del pbsd se recoge por primera vez en el informe de 1995 elaborado por la seaoc (Structural Engineers Association of California) denominado Vision 2000, a Framework for Performance-Based Engineering. El concepto innovador introducido en este documento es no sólo prevenir el colapso de la estructura en caso de un terremoto severo sino también controlar también los daños estructurales (en vigas, pilares, pantallas, etc) y los no estructurales (equipamientos, instalaciones, etc.) para diferentes niveles de la acción sísmica. Esta tesis se enmarca en la filosofía del pbsd y se dirige a una tipología estructural muy concreta: las estructuras porticadas de nudos rígidos de hormigón armado. Entre las diferentes formas de alcanzar los objetivos de control de daño que persigue el pbsd se aboga por el empleo de una variante concreta de los sistemas de control: los de tipo pasivo basados en el uso de disipadores de energía. Para el cálculo sísmico necesario para el proyecto de estructura se opta por profundizar en el uso de los métodos basados en el concepto de energía de Housner-Akiyama. El primer y segundo capítulos introducen el objetivo y el marco de desarrollo de este trabajo así como el estado del arte del proyecto sismorresistente basado en prestaciones, de los sistemas de control pasivo y de los métodos energéticos de proyecto de estructuras equipadas con disipadores de energía. El capítulo 3 investiga el comportamiento histerético, la capacidad límite última y la eficacia de un disipador histerético de energía concreto aplicado a estructuras porticadas de hormigón armado. Con este objeto se realizan series de ensayos cuasi--estáticos, dinámicos y simulaciones numéricas. El capítulo 4 propone un método para proyectar estructuras porticadas equipadas con sistemas de control pasivo basado en el concepto del balance de energético de Housner-Akiyama, que permite materializar el paradigma del proyecto basado en prestaciones. En el capítulo 5 se desarrollan ejemplos de aplicación del método de proyecto propuesto en una zona de sismicidad moderada. Las prestaciones de estos prototipos se evalúan en el capítulo 6 mediante simulaciones numéricas el comportamiento de una estructura porticada equipada con disipadores de energía siguiendo la filosofía del proyecto sismorresistente basado en prestaciones. En el capítulo 7 se presenta una comprobación experimental usando ensayos dinámicos sobre mesa vibrante de un especimen que representa una subestructura de hormigón armado proyectada con el método propuesto. Finalmente, se presentan las conclusiones de esta tesis y futuras líneas de trabajo en el capítulo 8.