Evaluación del efecto de la simultaneidad de las componentes de sismo en estructuras con irregularidad torsional

Abstract

El cálculo de las respuestas máximas de diseño en la norma técnica de edificaciones E.030 se realiza considerando la solicitación sísmica de forma unidireccional. El parámetro de zonificación sísmica 𝑍 en la norma es el resultado de análisis de peligro sísmico basados en leyes de atenuación que usan la media geométrica de las componentes EW y NS como definición de componente horizontal. Sin embargo, la media geométrica de las dos componentes es siempre menor que la máxima de estas y por lo tanto el resultado no está del lado de la seguridad. Por otro lado, aun considerando la acción sísmica con la intensidad correcta, en la mayor parte de las estructuras la simultaneidad de las dos componentes horizontales puede resultar en mayores solicitaciones que las que se obtienen al tratar la acción como unidireccional. Las edificaciones que más se afectarían serían las que tienen irregularidad torsional. El tratamiento de la norma técnica de edificaciones E.030 para estos casos es la modificación del coeficiente de reducción sísmica 𝑅0 por un factor 𝐼𝑃, el cual depende del grado de irregularidad torsional del modelo estructural. Si bien este tratamiento es simple, está poco sustentado y resulta insuficiente. En esta tesis se han estudiado las definiciones más utilizadas de componente sísmica horizontal, para registros sísmicos peruanos y chilenos correspondientes a eventos con mecanismo de falla tipo subducción de interfase. Luego, con los registros reales y artificiales, se analizaron modelos simplificados con distintos grados de irregularidad torsional, observándose una tendencia clara en la amplificación de la respuesta respecto a la rigidez torsional y la excentricidad relativa en planta. Se prosiguió con el análisis sísmico de modelos de edificaciones reales y se concluyó que el factor 𝐼𝑃 no compensa el efecto de la simultaneidad de las componentes en estructuras con irregularidad torsional en planta. Por tal motivo, se proponen algunas recomendaciones para combinar los efectos de las dos componentes, distintas para estructuras clasificadas como regulares y para aquellas con irregularidad torsional.

The estimation of the maximum design responses according to the Peruvian technical standard for buildings E.030 is carried out considering the seismic action as unidirectional. The zone parameter 𝑍 is the result of seismic hazard analyses based on attenuation laws which use the geometric mean of the EW and NS earthquake components to define the horizontal component of acceleration. However, the geometric mean of the two components is always less than the maximum of both; hence is on the unsafe side. Furthermore, even with the correct seismic intensity, the simultaneous action of both components may results in larger demands than those computed by considering only one component at a time. The buildings that would be most affected would be those with torsional irregularity. The treatment in the E.030 standard for such cases is to modify the seismic reduction coefficient 𝑅0 by an irregularity factor 𝐼𝑃, which depends on the degree of torsional irregularity in the structural model. Although this treatment is simple, it has little supporting evidence and is probably insufficient. In this work the most used definitions of horizontal seismic component have been studied, comparing Peruvian and Chilean seismic records of events from subduction sources. Then, using recorded motions and artificial records, simplified models with different degrees of torsional irregularity were analyzed, observing a clear trend in the amplification of the response regarding torsional stiffness and relative in-plan eccentricity. Following the seismic analysis of models of real buildings it was concluded that the factor 𝐼𝑝 does not compensate the effect of the simultaneity of the components in structures with torsional irregularity. For this reason, this work gives some recommendations to combine the results of the analysis in each orthogonal direction, both for structures with regular configuration and for those categorized as torsionally irregular.