Análisis de la amplificación dinámica en el diseño de elementos no estructurales

Abstract

Esta investigación se propuso para comparar el procedimiento de la NSR-10, con el cual se obtiene la aceleración máxima de diseño de un elemento no estructural, con el procedimiento realizado con análisis en el tiempo. El análisis de respuesta en el tiempo fue compatible con el método establecido por la NSR-10 utilizando un sismo artificial. Por una parte, la NSR-10 plantea un procedimiento que parte de un espectro de diseño definido; mientras que, por el otro lado, se decidió partir de un registro sísmico artificial compatible con dicho espectro. Utilizando SAP2000 se modelaron cinco estructuras definidas durante la investigación, y se sometieron dichas estructuras a los sismos artificiales obtenidos. Con lo anterior se calculó la aceleración en el punto de soporte del elemento no estructural. Adicionalmente, se obtuvo los registros de aceleraciones de piso de todas las estructuras. Al comparar las aceleraciones obtenidas en SAP2000 con las obtenidas por el método de la NSR-10, se observó que la Norma suele sobre-estimar la aceleración de los pisos bajos y sub-estimar la de los pisos altos de las edificaciones. Posteriormente, se modeló en SAP2000 dos muros empotrados en su base y sometidos a las aceleraciones de piso previamente calculadas. Para el primero se asumió que el sismo llegaba en su dirección fuerte, y para el segundo se asumió el sismo perpendicular al muro. Se determinaron las aceleraciones en el tope de cada muro, las cuales representaban las aceleraciones amplificadas de los elementos no estructurales. Luego, se calculó la amplificación dinámica del elemento no estructural por medio de la relación entre la aceleración amplificada del elemento no estructural y la aceleración de piso respectiva. Paralelamente, se definió un modelo analítico, con el cual, usando principios básicos de la dinámica estructural para un sistema discreto de un grado de libertad, se calcularon nuevamente las aceleraciones en el tope del muro. La amplificación dinámica del elemento no estructural, se calculó igual que como se realizó con las aceleraciones obtenidas en SAP2000. La NSR-10 define que la amplificación dinámica del elemento no estructural para muros en voladizo es igual a 2.5. Sin embargo, en los resultados obtenidos se destacan valores que sobrepasan este valor, los cuáles se recomienda sean estudiados con mayor detalle en un futuro.

This research was proposed in order to compare the method used to obtain the maximum acceleration of design of a non-structural component of the NSR-10 with a procedure developed with time history analysis. On the one hand, the NSR-10 set a procedure based on a design spectra defined; while, on the other hand, for the thesis the decision was to base the method on an artificial time history record defined to be compatible with the spectra mentioned above. Five structures defined during the research were modelled using SAP2000, which were later tested by the application of the compatible time histories. Subsequently, the acceleration in the support point of the non-structural component was determined. Additionally, floor acceleration time history records were obtained for all the tested structures. Comparing the floor accelerations obtained using SAP2000 and the ones obtained by the NSR-10 method, it was observed that the code usually overestimate the floor acceleration in lower floors and underestimate it in high floors. Later, two walls were modelled using SAP2000 and tested by the application of the floor acceleration time histories determined previously. For the first wall it was assumed that the earthquake was parallel to the wall, which represents its “strong” direction. On the other side, for the second wall it was assumed an earthquake perpendicular to the wall, which represents its “weak” direction. The acceleration in the top of each wall was determined, which represented the amplified acceleration of the non-structural components. Afterwards, the dynamic amplification of the non-structural component was determined using the division of the amplified acceleration of the noon-structural component and the respective floor acceleration. Parallel, an analytical model was defined, which was used to determine the acceleration in the top of the non-structural component using basic principles of structural dynamics for a single degree of freedom system. The dynamic amplification of the non-structural component was determined as it was done in the procedure were SAP2000 was used. The NSR-10 defines that the dynamic amplification of the non-structural component for cantilever walls is 2.5. However, in the obtained results some values are greater than 2.5, which are recommended to be studied with more detail in a future.