Uso de Un Espectro de Diseño Inelástico [PDF]

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¿QUÉ IMPLICA EL USO DE UN ESPECTRO DE DISEÑO INELÁSTICO? Los mapas de zonificación sísmica, en la mayoría de los países, tienen un periodo de retorno de 475 años correspondientes a sismos muy intensos, a través de los cuales se elaboran los espectros de respuesta elásticos, tomando en cuenta el tipo de suelo, tipo de estructura y nivel de importancia. El uso de un espectro de respuesta elástico implica diseñar las estructuras para que soporten estos sismos intensos sin ningún daño, lo cual es muy costoso y poco conveniente en el desarrollo de proyectos, por las dimensiones resultantes de los miembros resistentes. Considerando la baja probabilidad de que ocurran estos sismos intensos durante la vida útil de la estructura, las normas proponen el uso de un espectro de diseño inelástico, aplicando una reducción de las fuerzas símicas, asumiendo que la misma superara su rango elástico y disipara energía para lo cual se requerirá que sea suficientemente dúctil.

Fig. 1. Espectros según la norma ASCE 7-16

El espectro de diseño inelástico se obtiene de forma directa aplicando un factor de reducción, conocido como factor “R”, al espectro de respuesta elástico. Las normas proponen valores máximos del factor “R” en función al sistema estructural.

Fig.2. Factor “R” según la norma ASCE 7-16

Es de destacar que los códigos vigentes no atienden con suficiente claridad el verdadero valor del factor “R” que debe ser asignado a una estructura en particular, sino que generaliza los valores correspondientes por grupos de sistemas estructurales. Los coeficientes que se sugieren provienen exclusivamente de la experiencia y poseen muy poco rigor cuantitativo, pudiendo llevar a sobre-estimar o reducir excesivamente las cargas sísmicas de diseño. El factor “R” consta del efecto simultaneo de 3 parámetros: ductilidad, sobre-resistencia y redundancia. Cada parámetro conforma un componente del factor R, y se expresa de esta manera. Tomando como referencia el trabajo presentado por Newmark & Hall (1982) el factor de ductilidad se establece en función al periodo natural de la estructura y de su ductilidad direccional. La ductilidad direccional se obtiene de la relación entre el desplazamiento último y el desplazamiento cedente de la estructura, obtenido de la curva de capacidad de la misma. Dicha curva se obtiene a través de un análisis estático no lineal (Pushover) producido por la aplicación de un patrón de cargas laterales, típicamente de forma triangular, las cuales se incrementan hasta alcanzar un nivel de desplazamiento en el tope.

Fig.3. Ductilidad direccional

De la curva de Capacidad del Análisis Estático No Lineal (Pushover), se puede observar que las muy rígidas son poco dúctiles, por lo tanto, la reducción sísmica que se pudiera aplicar se hace poco efectiva. Por otra parte, las irregularidades que puedan presentarse afectan la estabilidad de la estructura y limitan su capacidad inelástica. Las normas clasifican las irregularidades en horizontales y verticales, y en función a las mismas que proponen una disminución del factor “R”, es decir amplificar las fuerzas sísmicas conduciendo a un diseño más elástico. Las irregularidades horizontales que ocurren con más frecuencia son: 

Esbeltez en planta con una relación igual o mayor de 5 a 1 por lado



Presencia de sistemas no ortogonales y formas geométricas en L, H, T o Cruciformes



Presencia de aberturas que superen el 50% de toda el área de planta



Presencia de gran riesgo torsional cuando la excentricidad supera el límite normativo

Las irregularidades verticales que ocurren con más frecuencia son: 

Entrepiso blando asociado a una diferencia considerable de rigidez entre pisos consecutivos



Entrepiso débil asociado a una diferencia considerable de resistencia entre pisos consecutivos



Disposición de tabiquería a media altura generando efecto de columnas cortas



Distribución irregular de masas que aumentan en los pisos superiores