Participación de la interacción dinámica suelo estructura en la respuesta dinámica de marcos con disipadores de energía histeréticos

Abstract

En la actualidad gran parte de las ciudades del mundo se encuentran vulnerables a los desastres naturales. Entre ellos los más notorios son los terremotos que han sido motivo de múltiples investigaciones, debido al impacto y a los efectos que éstos generan a las obras civiles de una sociedad. Este problema toma bastante relevancia en la ciudad de México por la ubicación geográfica combinada con las características del subsuelo sobre el cual la ciudad está fundada. La necesidad del ser humano de estar seguro bajo la incidencia de un terremoto, ha dado lugar a bastantes estudios sobre el comportamiento de estructuras sometidas a aceleraciones en su base. Como resultado, esto ha dado origen a nuevas técnicas para controlar la respuesta del sistema, con el objetivo de disminuir los enormes daños que se presentan en las estructuras sujetas a acciones sísmicas. Las técnicas de control de la respuesta sísmica han venido en auge las últimas décadas. Se han implementado en varias construcciones de México y el mundo, aunque el estudio de estas técnicas es muy joven en el país, ha evolucionado de una manera impresionante, debido a lo atractivo que suena diseñar edificios con este tipo de técnicas de control. Las más conocidas son la implementación de disipadores de energía a la estructura, aislamiento sísmico en la base e implementación de un sistema de masa de control. En este trabajo solo se analizó el comportamiento de marcos reforzados con disipadores de energía. Es lógico que nuevas técnicas de control de la respuesta de las estructuras generen mayores inversiones en cuanto a su construcción. Por ello es de gran importancia que se consideren las principales variables que intervienen para realizar en lo posible un buen diseño de la estructura con disipadores de energía. Una variable importante a tomar en cuenta en el diseño de edificaciones es la que está ligada con el suelo. La forma común de estudiar este factor es considerando la interacción dinámica suelo estructura (IDSE). Es bien sabido que el subsuelo blando de la zona centro de la ciudad de México genera una amplificación de ondas respecto a la de un suelo firme, lo cual puede generar mayores exigencias y demandas a la estructura. Debido a la importancia del suelo de desplante es necesario determinar mediante un análisis dinámico el efecto de la interacción dinámica suelo estructura en la respuesta de marcos con disipadores de energía. Para llevar a cabo esto, se modeló un marco de diez niveles reforzado con disipadores de energía histeréticos. Se propuso un cajón de cimentación desplantado sobre cuatro distintos tipos de suelo. Se usará también la condición de base fija que sirva como referencia para obtener el efecto de la IDSE sobre la respuesta de la estructura y sobre la respuesta del disipador. En la modelación se consideró, que la rigidez dinámica del sistema suelo cimentación de un marco bidimensional, es la parte proporcional de la rigidez de un cajón de cimentación de una estructura tridimensional. La proporción se tomó en cuenta dividiendo el valor de la rigidez dinámica del sistema suelo cajón de cimentación, entre el número de marcos resistentes a cortante, suponiendo que el cortante en la base actúa de manera uniforme en los marcos. Se usaron dos registros de sismo para excitar a la estructura correspondiente a STC E-W, 1985 y Viveros N-E, 1985. También se usó un ruido blanco con la finalidad de que el cambio en el nivel de aceleración no afecte la respuesta de la estructura. Como muchas veces los disipadores son usados como refuerzo de una estructura, se obtuvo la eficiencia del sistema de refuerzo (contraviento-disipador) para los distintos niveles de flexibilidad del suelo. Se calculó la eficiencia del sistema de disipación considerando la IDSE, así también se demuestra cómo afecta la IDSE en la efectividad de cada disipador de entrepiso.