Análisis del comportamiento estructural a través del cortante basal y las derivas para estudios de riesgo sísmico: caso Popayán

Abstract

El diseño estructural en Colombia se rige por la Norma Sismo Resistente Colombiana (NSR-10) y requiere de parámetros como la pseudoaceleración, deriva y cortante basal. Estos parámetros dependen de la amenaza sísmica y la amplificación por efecto de sitio. Popayán, ubicada al suroccidente del país en una zona sísmicamente alta debido a sus condiciones sismológicas, rige su diseño estructural bajo la NSR-10. Actualmente se han realizado estudios de microzonificación sísmica (MS) con el fin de actualizar el estudio anterior de 1991 realizado por INGEOMINAS, estos estudios se han realizado por entidades como la Universidad de los Andes (UAN) en el 2012 y por el Servicio Geológico Colombiano (SGC) en el 2020 utilizando factores con mayor aproximación a las condiciones reales. Sin embargo, los estudios no han sido oficializados por lo cual para el diseño se sigue utilizando los factores dados por la NSR-10. Por tanto, este estudio compara que tan significativo es el impacto, al usar los factores de diseño actual y los propuestos por las MS, en el comportamiento estructural de edificaciones prototipo de pórticos, analizando la deriva (deformación relativa entre niveles), relacionada a umbrales de daño con la metodología FEMA y el cortante basal (Fuerza sísmica acumulada). El análisis se hizo con el método de Fuerza Horizontal equivalente (FHE), considerando las condiciones del suelo descritos en cada estudio y el espectro de diseño dado en la NSR-10. Adicionalmente con el programa Deepsoil se sometieron estratos de suelo representativos de la ciudad a un escenario sísmico específico, con el fin de analizar la amplificación de las ondas sísmicas de los suelos y compararlo con las amplificaciones dadas por los tres estudios.

Structural design in Colombia is governed by the Colombian Seismic Resistant Standard (NSR-10) and requires parameters such as pseudo-acceleration, drift, and basal shear. These parameters depend on the seismic hazard and the amplification by site effect. Popayán, located in the southwest of the country in a high seismic zone due to its seismological conditions, governs its structural design under NSR-10. Currently, seismic microzonation (MS) studies have been conducted to update the previous 1991 study conducted by INGEOMINAS, these studies have been conducted by entities such as the Universidad de los Andes (UAN) in 2012 and by the Colombian Geological Survey (SGC) in 2020 using factors with greater approximation to real conditions. However, the studies have not been officialized, so the factors given by the NSR-10 are still used for the design. Therefore, this study compares how significant is the impact, when using the current design factors and those proposed by the MS, on the structural behavior of prototype frame buildings, analyzing the drift (relative deformation between levels), related to damage thresholds with the FEMA methodology and the basal shear (cumulative seismic force). The analysis was performed with the Equivalent Horizontal Force (EHF) method, considering the soil conditions described in each study and the design spectrum given in the NSR-10. Additionally, with the Deepsoil program, representative soil strata of the city were subjected to a specific seismic scenario, to analyze the amplification of the seismic waves of the soils and compare it with the amplifications given by the three studies.