Dispositivos pasivos de disipación de energía para diseño sismorresistente de estructuras

Abstract

En los últimos años los ingenieros estructurales han ido incrementando cuidados para que los edificios fueran diseñados acorde con los mínimos requerimientos de fuerza lateral del código (Valenzuela, 2005). Recientes terremotos han mostrado que los edificios diseñados y construidos de acuerdo a los códigos más recientes proveen buena respuesta, pero el costo de reparación de daños y el tiempo necesario para implementar estas reparaciones son más grandes que las anticipadas (Ruiz et al, 2000). Diversos esfuerzos en los Estados Unidos y Japón para desarrollar criterios de diseño sísmico y procedimientos para asegurar objetivos específicos de desempeño han sido el camino en los últimos años (Whittaker, 2000). El incremento en las fuerzas de diseño solamente no mejora todos los aspectos del desempeño. Tres técnicas innovadoras han sido propuestas para usarse individualmente o en combinación para mejorar el desempeño sísmico de los edificios y son varios estados de desarrollo y aceptación: aislamiento sísmico, dispositivos suplementarios de disipación de energía, y control estructural activo o híbrido (Pong, 2001). Esta tesis se enfoca principalmente en los dispositivos pasivos de disipación de energía. Existe bastante información sobre diseño elástico de estructuras en comparación con la información sobre diseño de edificios con dispositivos pasivos de disipación de energía (Nakano, 1998); esta es la razón porque nosotros estamos realizando la presente tesis de investigación. Esta investigación es una introducción al diseño de edificios con disipadores, cuya aplicación será particular; cada aplicación depende de varias características de la estructura y sus requerimientos para solucionar el problema específico (Kelly, 2001). En esta investigación se realizará el análisis dinámico tiempo historia de un edificio esencial de concreto armado de 10 niveles y un sótano, siendo utilizado el programa de análisis estructural ETABS (Extended 3D Analysis of Building Systems) versión no lineal 9.2.0. Inicialmente este programa fue desarrollado en la Universidad de Berkeley, pero actualmente solamente es desarrollado por Computers and Structures Inc. Las aceleraciones de los registros sísmicos fueron escaladas a 600 gals. Después de realizar el análisis dinámico tiempo historia del edificio, el diseño de los disipadores fue hecho para obtener un amortiguamiento efectivo acorde con las distorsiones de los requerimientos del código (Taylor, 1999). Después se procedió a realizar el análisis lineal del edificio con los disipadores no lineales para obtener la respuesta con el amortiguamiento adicionado. Obtuvimos que con los disipadores se puede reducir la fuerza actuante en el edificio; también los desplazamientos, velocidades y aceleraciones de los entrepisos. Y finalmente, se obtiene la influencia de los disipadores en la energía. Esta Tesis de Investigación esta enmarcada en la Maestría en Ciencias con Mención en Ingeniería Estructural, de la Universidad Nacional de Ingeniería de Perú.

In the last years the structural engineers have become increasingly aware that buildings were designed in accordance with minimum code lateral force requirements (Valenzuela, 2005). Recent earthquakes have shown that buildings designed and constructed in accordance with the newest codes provide good response, but the cost of damage repair and the time needed to implement these repairs are greater than anticipated (Ruiz et al, 2000). Several efforts in the United States and Japan to develop seismic design criteria and procedures to assure specified performance objectives have been the way in the last years (Whittaker, 2000). The increasing in the design force levels alone does not improve all aspects of the performance. Three innovative techniques have been proposed for use individually or in combination to improve earthquake building performance and are at various stages of development and acceptance: seismic isolation, supplemental energy dissipation devices, and active or hybrid structural control (Pong, 2001). This Thesis focuses principally on the passive energy dissipation devices. There is several information about elastic design of structures in comparison with the information about design of buildings with passive energy dissipation devices (Nakano, 1998); this is the reason because we are doing the present thesis of investigation. This investigation is an introduction of the design of buildings with dampers, which application will be particular; every application depends of several characteristics of the structure and their requirements to solve the specific problem (Kelly, 2001). In this investigation we will realize the dynamic time history analysis of a building of reinforced concrete of ten levels and one basement, been used the structural analysis program ETABS (Extended 3D Analysis of Building Systems) Nonlinear Version 9.2.0. Initially this program was developed in the university of Berkeley, but actually only is developed by Computer and Structures Inc. The seismic records accelerations were scaled to 600 gals. After of realize the dynamic time history analysis of the building, the design of the dampers were made for obtain an effective damping in the structure according with the drifts of the code requirements (Taylor, 1999). After we proceed to realize the linear analysis of the building with the nonlinear dampers for obtain the response with the added damping. We obtained that with the dampers we can reduce the force acting in the building; also reduce the displacements, velocities and accelerations of the interstories. And finally, we obtain the influence of the dampers in the energy. This Thesis of Investigation is marked in the Mastery in Science with Mention in Structural Engineering, of the National University of Engineering of Perú.