DESEMPEÑO SÍSMICO DE UNA EDIFICACIÓN … · Por tal motivo se ha decidido implementar...
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1 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural DESEMPEÑO SÍSMICO DE UNA EDIFICACIÓN ESENCIAL, CASO: ESCUELA SECUNDARIA FEDERAL # 2, CULIACÁN, SINALOA. Daniel Alonso Yee Morales 1 , Juana Luz Rivera Salas 2 y Héctor Enrique Rodríguez Lozoya 2 RESUMEN En este artículo se propone el reforzamiento de una estructura del grupo A mediante dispositivos disipadores de energía ADASTD. Se evalúa el desempeño sísmico para el estado límite de servicio indicado en el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF 2004) para lo cual se utilizan 3 registros originados por el mismo mecanismo que se espera en esta región Manjil, Northridge y Héctor Mine. Finalmente se revisa un marco central sin y con los ADASTD para los sismos seleccionados. ABSTRACT This article describes the strengthening of a structure by group A by ADASTD energy dissipating devices. The seismic performance is evaluated for the limit state of service specified in the Building Regulations of Distrito Federal (in Spanish RCDF 2004). Therefore, three registers are used originated by the same mechanism as is expected in this region Manjil, Northridge y Hector Mine. Finally, a central framework is reviewed with and without the ADASTD for selected earthquakes. INTRODUCCIÓN La posición geográfica de México nos expone a la ocurrencia de diversos fenómenos naturales, entre los cuales se encuentran los fenómenos meteorológicos siendo de gran frecuencia en el país, sin embargo, un fenómeno sumamente destructivo son aquellos conocidos como sismos tectónico terremotos, que a través de los años han sido objeto de numerosos estudios en la rama de la ingeniería sísmica a causa de los daños estructurales y no estructurales que provocan. Con respecto al estado de Sinaloa, al ingresar como zona de riesgo sísmico moderado (Zona B) en gran parte de su territorio y zona de riesgo sísmico alto (Zona C) en su parte costera por el Servicio Sísmico Nacional, resulta importante considerar los efectos que produce dicha actividad sísmica en el comportamiento de los nuevos sistemas estructurales, al igual que los ya existentes. Una opción para reducir los daños producidos por los eventos sísmicos es el empleo de disipadores que incrementan la resistencia y reduce la capacidad de deformación de la estructura mediante la disipación de energía que le trasmite el sismo a la estructura. Algunos de estos dispositivos son diseñados con la finalidad de proteger a la estructura mediante elementos accesibles, fácilmente remplazables o sustituible después de un evento de gran intensidad, generando a largo plazo un bajo costo comparado con medidas drásticas como la demolición y construcción de una nueva edificación. Actualmente en México diversos edificios cuentan con dispositivos para controlar la respuesta causada por los sismos, evitando que se generen mecanismos de falla no deseados. El objetivo de esta investigación es analizar, verificar y comparar el desempeño sísmico de un edificio de concreto reforzado de cuatro niveles a base de marcos planos con y sin dispositivos disipadores ADASTD. Este dispositivo es básicamente un ADAS con una modificación en su geometría. Para evaluar el desempeño sísmico se consideró el estado límite servicio propuesto por el Reglamento Construcción del Distrito Federal 2004 (RCDF 2004). 1 Alumno de Maestría, Universidad Autónoma de Sinaloa, Blvd. De las Américas y Blvd. Universitarios S/N, Ciudad Universitaria, 80040 Culiacán, Sinaloa. Teléfono: (044) 667 713-40-43 Ext. 104; [email protected] 2 Profesor, Universidad Autónoma de Sinaloa, Blvd. De las Américas y Blvd. Universitarios S/N, Ciudad Universitaria, 80040 Culiacán, Sinaloa. Teléfono: (044) 667 713-40-43 Ext. 104; [email protected] y [email protected].
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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural
DESEMPEÑO SÍSMICO DE UNA EDIFICACIÓN ESENCIAL, CASO: ESCUELA SECUNDARIA FEDERAL # 2, CULIACÁN, SINALOA.
Daniel Alonso Yee Morales1, Juana Luz Rivera Salas
2 y Héctor Enrique Rodríguez Lozoya
2
RESUMEN
En este artículo se propone el reforzamiento de una estructura del grupo A mediante dispositivos disipadores de
energía ADASTD. Se evalúa el desempeño sísmico para el estado límite de servicio indicado en el Reglamento de
Construcciones del Distrito Federal (RCDF 2004) para lo cual se utilizan 3 registros originados por el mismo
mecanismo que se espera en esta región Manjil, Northridge y Héctor Mine. Finalmente se revisa un marco central
sin y con los ADASTD para los sismos seleccionados.
ABSTRACT
This article describes the strengthening of a structure by group A by ADASTD energy dissipating devices. The
seismic performance is evaluated for the limit state of service specified in the Building Regulations of Distrito
Federal (in Spanish RCDF 2004). Therefore, three registers are used originated by the same mechanism as is
expected in this region Manjil, Northridge y Hector Mine. Finally, a central framework is reviewed with and without
the ADASTD for selected earthquakes.
INTRODUCCIÓN
La posición geográfica de México nos expone a la ocurrencia de diversos fenómenos naturales, entre los cuales se
encuentran los fenómenos meteorológicos siendo de gran frecuencia en el país, sin embargo, un fenómeno
sumamente destructivo son aquellos conocidos como sismos tectónico terremotos, que a través de los años han sido
objeto de numerosos estudios en la rama de la ingeniería sísmica a causa de los daños estructurales y no estructurales
que provocan.
Con respecto al estado de Sinaloa, al ingresar como zona de riesgo sísmico moderado (Zona B) en gran parte de su
territorio y zona de riesgo sísmico alto (Zona C) en su parte costera por el Servicio Sísmico Nacional, resulta
importante considerar los efectos que produce dicha actividad sísmica en el comportamiento de los nuevos sistemas
estructurales, al igual que los ya existentes.
Una opción para reducir los daños producidos por los eventos sísmicos es el empleo de disipadores que incrementan
la resistencia y reduce la capacidad de deformación de la estructura mediante la disipación de energía que le trasmite
el sismo a la estructura. Algunos de estos dispositivos son diseñados con la finalidad de proteger a la estructura
mediante elementos accesibles, fácilmente remplazables o sustituible después de un evento de gran intensidad,
generando a largo plazo un bajo costo comparado con medidas drásticas como la demolición y construcción de una
nueva edificación.
Actualmente en México diversos edificios cuentan con dispositivos para controlar la respuesta causada por los
sismos, evitando que se generen mecanismos de falla no deseados.
El objetivo de esta investigación es analizar, verificar y comparar el desempeño sísmico de un edificio de concreto
reforzado de cuatro niveles a base de marcos planos con y sin dispositivos disipadores ADASTD. Este dispositivo es
básicamente un ADAS con una modificación en su geometría. Para evaluar el desempeño sísmico se consideró el
estado límite servicio propuesto por el Reglamento Construcción del Distrito Federal 2004 (RCDF 2004).
1 Alumno de Maestría, Universidad Autónoma de Sinaloa, Blvd. De las Américas y Blvd. Universitarios S/N, Ciudad
Universitaria, 80040 Culiacán, Sinaloa. Teléfono: (044) 667 713-40-43 Ext. 104; [email protected] 2 Profesor, Universidad Autónoma de Sinaloa, Blvd. De las Américas y Blvd. Universitarios S/N, Ciudad Universitaria, 80040
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Dado que se trata de un edificio con aproximadamente 50 años de vida las distorsiones máximas de entrepiso son
mayores que las que las permitidas por el reglamento del Distrito Federal actual (RCDF 2004).
Por tal motivo se ha decidido implementar dispositivos ADASTD, capaces de asegurar un aumento en la rigidez y el
amortiguamiento de la estructura, logrando reducir las distorsiones máximas de entrepiso y que solo se tenga perdida
de funcionalidad en un corto plazo.
Primeramente se diseñó el edificio de cuatro niveles de la escuela Secundaria Federal # 2 considerando una
resistencia del concreto a compresión de 250kg/cm2, un esfuerzo de fluencia en el acero de 4200 kg/cm2 y un módulo
de elasticidad de 158,113.88 kg/cm2 (ver figura 1), asumiendo que la edificación fue diseñada basándose en teoría
elástica. El edificio es similar en cuando a la geometría en planta y altura, al igual que en las dimensiones de los
elementos estructurales, columnas y trabes (ver figura 2). Manteniendo su periodo fundamental de vibración.
Una vez obtenido el diseño se revisaron las distorsiones máximas de entrepiso del edificio sin reforzamiento
comparándose con la máxima propuesta en el Reglamento de Construcción del Distrito Federal (RCDF 2004) para
servicio.
El estado límite de servicio considera que los elementos estructurales satisfacen sus criterios de desempeño mientras
permanecen elásticos y que los daños en los elementos no estructurales se controlan dentro de los límites bajo
consideración si a su vez se controla la distorsión máxima de entrepiso dentro de un umbral de 0.004.
La comparación de distorsiones máximas de entrepiso nos permitirá observar si es necesaria la implementación de
los dispositivos disipadores de energía ADASTD y definir el número de dispositivos necesarios en cada entrepiso.
Figura 1 Vista en planta y Marco plano
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Figura 2 Dimensión y Armado en secciones
CRITERIO PARA DETERMINAR LA RIGIDEZ ACTUAL DEL EDIFICIO
La rigidez de entrepiso se define como la relación entre fuerza cortante resistida por un marco en un entrepiso y el
desplazamiento relativo entre el entrepiso analizado y el anterior a él.
Si se conocen las fuerzas laterales y los desplazamientos en cada nivel, se puede determinar la rigidez de entrepiso.
En el marco (ver figura 3) ∆1, ∆2, ∆3 y ∆4 corresponden a los desplazamientos generados por las cargas laterales
aplicadas.
Para evaluar la rigidez de entrepiso existen diferentes métodos aproximados, formula de wilbur o rosenblueth y
esteva, sin embargo, una manera más exacta de determinar la rigidez de entrepiso es mediante la implementación de
un programa computacional, el cual analiza la estructura estáticamente, obteniendo en forma indirecta la rigidez de
los entrepisos.
En este estudio se implementó la herramienta computacional SAP2000 para evaluar la estructura sujeta a un sistema
de fuerzas laterales, y a partir de los desplazamientos generados se aplicó la definición.
(1)
(2)
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(3)
(4)
Para esto se propuso una rigidez infinita en cada entrepiso en comparación con la rigidez de las columnas.
Figura 3 Marco plano
RIGIDEZ DE ENTREPISO
Tabla 1 Rigidez de entrepiso
Entrepiso Fuerza Aplicada
(kg)
Desplazamiento
(m)
Rigidez
(Ton/m)
4 7489 0.09025 362.66
3 6823 0.0696 515.56
2 4612 0.04184 700.37
1 2322 0.01482 1433.60
DISTORSIÓN MÁXIMA DE ENTREPISO
Una vez diseñados los elementos estructurales de la edificación se procedió a determinar el estado límite en el que se
encuentra la edificación mediante un análisis Tiempo-Historia en SAP2000.
Para ello se tomó el número de registros sísmicos especificados por reglamento para la evaluación sismo resistente,
siendo los acelerogramas de Manjil, Northridge y Héctor Mine seleccionados con este propósito. Los registros
anteriores fueron seleccionados considerando el mecanismo de falla para esta región tectónica. Una vez evaluada la
estructura, se eligieron los desplazamientos máximos de azotea con la finalidad de obtener las distorsiones generadas
en cada entrepiso y revisar el estado límite en que se encuentra actualmente nuestra edificación.
En la tabla 2 y 3 se muestran las distorsiones máximas de entrepiso generadas para cada uno de los niveles por los
registro sísmico Manjil y Héctor Mine, las cuales muestran que actualmente el edificio de la escuela Secundaria
Federal # 2, sobrepasa la distorsión máxima asociada al estado límite de servicio (ver figura 4 y 5). En la columna 4
de la tabla 2 y 3, se observa el porcentaje de excedencia de la distorsión, que en algunos casos es cercano al 60 %.
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Tabla 2 Distorsiones de entrepiso, registró sísmico Manjil
Entrepiso Desplazamiento (m) Distorsiones Porcentaje
4 0.1029 0.0068 41.23
3 0.0791 0.0088 54.79
2 0.0481 0.0088 54.65
1 0.0172 0.0049 18.79
Tabla 3 Distorsiones de entrepiso, registró sísmico Héctor Mine
Entrepiso Desplazamiento (m) Distorsiones Porcentaje
4 0.108900 0.00714 43.96
3 0.083920 0.00962 58.42
2 0.050250 0.00934 57.19
1 0.017550 0.00501 20.23
Figura 4 Perfil de distorsiones Manjil
Figura 5 Perfil de distorsiones Héctor Mine
Dado que las distorsiones de entrepiso son mayores que el máximo permitido por el RCDF 2004 (ver figura 4 y 5),
se requiere incrementar la rigidez de dichos entrepisos. Por lo que se le adicionan dispositivos capases de
incrementar la rigidez logrando que la edificación se mantenga dentro del umbral de 0.004 para el estado límite de
servicio especificado para estructuras de concreto armado.
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La rigidez de cada uno de los niveles de la edificación mostrada en la tabla 1 es un valor indispensable para
determinar la rigidez adicional que será proporcionada por los nuevos dispositivos.
La primera columna de la tabla 4 y 5 muestra el número de niveles de entrepisos del marco estructural, la segunda
muestra las distorsiones máximas de entrepiso que se observan en el perfil de distorsiones en la figura 4 y 5, en la
tercera columna se encuentran la rigidez de entrepiso (Kf) sin contemplar los dispositivos que añadirán la rigidez
adicional. La última columna muestra la rigidez mínima necesaria que deben presentar los dispositivos (Kdi) para
cumplir con las distorsiones de entrepiso marcada por el estado límite mencionado anteriormente.
Tabla 4 Rigidez adicional por entrepiso, registro sísmico Manjil
Entrepiso Distorsión máxima ∆max
(m)
Rigidez de Entrepiso Kf
(ton/m)
Kdi (ton/m)
4 0.0068 362.66 254.38
3 0.0088 515.56 624.93
2 0.0088 700.37 843.95
1 0.0049 1433.60 331.78
Tabla 5 Rigidez adicional por entrepiso, registro sísmico Héctor Mine
Entrepiso Distorsión máxima ∆max
(m)
Rigidez de Entrepiso Kf
(ton/m)
Kdi (ton/m)
4 0.0071 362.66 284.43
3 0.0096 515.56 724.36
2 0.0093 700.37 935.49
1 0.0050 1433.60 363.52
DISPOSITIVOS DISIPADORES DE ENERGÍA ADASTD
El dispositivo utilizado en esta investigación Added Damping And Stiffness in Two Directions ADASTD es un
disipador formado por placas de acero dulce en forma rectangular o cuadrada, similar al Added Damping And
Stiffness ADAS al conceder un aumento en la resistencia, rigidez y la capacidad de disipar energía de las estructuras
donde se instala. No obstante, una diferencia entre ambos dispositivos es que el ADASTD proporciona un aumento
en amortiguamiento y rigidez en el sentido paralelo a la placa. Este aumento es generado al restringir el
desplazamiento mediante topes generados al modificar la geometría de los dispositivos (ver figura 6). A pesar de
estas modificaciones, los dispositivos ADASTD mantienen el mismo comportamiento de los dispositivos ADAS en
la dirección perpendicular, por lo cual el diseño de las características geométricas de los dispositivos ADASTD está
basado en la metodología establecida en los dispositivos ADAS (Whittaker et a., 1990) y (Tena C.A., 1997).
Para restringir las distorsiones en el sentido paralelo a la placa y poder definir el ancho del tope se consideró la
siguiente ecuación.
( ) (5)
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.
Figura 6 Esquema del ADASTD
CRITERIO DE DISEÑO ADASTD
La metodología establecida para el diseño de dispositivos ADAS (Whittaker et al., 1990), es un procedimiento
simple que define la curva carga- deflexión para los dispositivos ADAS, suponiendo una forma equivalente X en las
placas.
El método está basado en las siguientes hipótesis: las placas X son rígidamente restringidas en sus extremos (superior
e inferior), las placas presentan deformación en doble curvatura y por último el ancho (b1eq) en los extremos de las
placas es igual a la mitad de la altura (l). (Ver figura 7)
Figura 7 Forma equivalente
De acuerdo con esta metodología (Whittaker et al. 1990) el desplazamiento de fluencia plástico de cada placa se
obtiene mediante la ecuación 6.
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(6)
La capacidad de cortante plástico de cada placa se calcula a partir del momento plástico como se muestra en la
siguiente ecuación.
(7)
La relación de las ecuaciones 6 y 7 hacen posible definir la rigidez a cortante elástico.
(8)
En este estudio el elemento ADASTD consiste en los dispositivos ADASTD y dos brazos cuya función es de colocar
sobre ellos los dispositivos. Para el diseño de los disipadores ADASTD se implementó el método analítico propuesto
en placas con holguras (Whittaker et al., 1990) (ver figura 8), donde b1 queda definido como 3/5 de la altura y b2
como 1/10 de la altura.
La rigidez horizontal de los elementos ADASTD Kt, está en función de la rigidez lateral de los brazos Kb y la rigidez
de los dispositivos Ka ecuación 8. La relación entre la rigidez horizontal de los elementos ADASTD y la rigidez
estructural de entrepiso sin los elementos ADASTD Kf, se define como SR (Xia C y Hanson RC, 1992).
( 9)
( 10)
Figura 8 Forma con holguras
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DISEÑO Y PROPUESTA DE ADASTD
Dado que las distorsiones de entrepiso sobrepasan con poco más del 50% el estado límite de servicio, se procedió en
esta investigación cumplir con las distorsiones máximas de entrepiso de 0.004 correspondientes al límite de servicio
especificado por el reglamento del Distrito Federal.
Primeramente es necesario calcular el número de ADASTD necesarios en cada entrepiso que aporten la rigidez
necesaria que controlen o eviten distorsiones superiores al valor señalado anteriormente. Para cumplir con este
propósito debe de cumplirse lo siguiente:
(11)
Los cálculos se presentan en las tablas 6 y 7, las propiedades geométricas de los dispositivos se muestran en las
columnas 2, 3 y 4, mientras que en la columna 5 muestra el número de dispositivos propuestos para cada entrepiso,
las columnas 6, 7 y 8 muestran el cortante, desplazamiento y rigidez de los dispositivos propuestos como método de
reforzamiento, siendo las placas a base de acero A36.
Tabla 6 Propuesta de ADASTD por entrepiso, registro sísmico Manjil
Entrepiso Espesor
"t" (m)
Altura
"l" (m)
Ancho
"b" (m) Ni
Ka
(ton/m)
4 0.0127 0.2 0.12 3 1.22 0.0028 1290.48
3 0.0127 0.2 0.12 4 1.22 0.0028 1720.64
2 0.0127 0.2 0.12 4 1.22 0.0028 1720.64
1 0.0127 0.2 0.12 2 1.22 0.0028 860.32
Tabla 7 Propuesta de ADASTD por entrepiso, registro sísmico Héctor mine
Entrepiso Espesor
"t" (m)
Altura
"l" (m)
Ancho
"b" (m) Ni
Ka
(ton/m)
4 0.0127 0.2 0.12 3 1.22 0.0028 1290.48
3 0.0127 0.2 0.12 4 1.22 0.0028 1720.64
2 0.0127 0.2 0.12 4 1.22 0.0028 1720.64
1 0.0127 0.2 0.12 2 1.22 0.0028 860.32
Dado que la rigidez que aportan los dispositivos Ka es mayor que la rigidez necesaria Kdi se cumple lo mencionado
en la ecuación 11 por lo que el número de dispositivos por entrepiso es aceptable.
Ahora la rigidez horizontal de un brazo es calculada mediante la siguiente ecuación.
( )
( 12)
La rigidez del brazo Kb debe ser mucho mayor que la rigidez de los dispositivos ADASTD Ka. Si Kb es mucho
mayor, la deformación del dispositivo es igual a la deformación de entrepiso y la energía disipada se incrementa. Si
el brazo es muy flexible (Kb ~ 0), el dispositivo no se deformara y no abra disipación de energía. Un valor de Kb
≥2Ka se ha encontrado práctico para el diseño de los dispositivos de fluencia (M. Tehranizadeh, 2001).
Otro parámetro importante a vigilar en los dispositivos es la relación de rigideces SR=Kt/Kf, dado que esta relación
está ligada al incremento de amortiguamiento de la estructura. Dicho lo anterior un valor alto de SR está relacionado
𝑷𝒍= 𝑓𝑦𝑙
2
𝐸𝑡 𝑉𝑃𝑙=
𝑓𝑦𝑏𝑡2
𝑙
𝑷𝒍= 𝑓𝑦𝑙
2
𝐸𝑡 𝑉𝑃𝑙=
𝑓𝑦𝑏𝑡2
𝑙
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a un incremento del amortiguamiento. Aun así, un valor de 3 o 4 para diseño práctico es difícil de alcanzar. Sin
embargo, han concluido en que un SR≥2 es un valor deseado para el diseño práctico (Xia C y Hanson RC, 1992).
La tabla 8 muestra la rigidez del brazo Kb, en la cual se señalan la sección utilizada, el módulo de elasticidad (E), el
área de la sección (A), la longitud del brazo (L), el ángulo de inclinación del brazo (Ѳ).
Tabla 8 Rigidez de brazos para ambos registros sísmicos
Sección E
(kg/cm2)
A
(cm2)
L
(cm)
Ѳ
(Grados)
Rigidez de brazo Kb
(Ton/m)
Rigidez de los dos brazos
Kb
(Ton/m)
51X6.4 (mm) 2100000 10.26 200 0 10773 21546
En la tabla 9 y 10 se puede observar la rigidez horizontal de los elementos ADASTD, considerando la rigidez de los
brazos Kb, así como la rigidez de las placas Ka, calculada a partir de la ecuación 8.
Tabla 9 Rigidez horizontal de elementos, registro sísmico Manjil
Entrepiso
Kb
(Ton/m)
Ka
(Ton/m)
kt
(Ton/m)
4 21546 1290.481 1217.557
3 21546 1720.64 1593.39
2 21546 1720.64 1593.39
1 21546 860.32 827.28
Tabla 10 Rigidez horizontal de elementos, registro sísmico Héctor Mine
Entrepiso
Kb
(Ton/m)
Ka
(Ton/m)
kt
(Ton/m)
4 21546 1290.481 1217.557
3 21546 1720.64 1593.39
2 21546 1720.64 1593.39
1 21546 860.32 827.28
En la tabla 9 y 10 se puede corroborar que la rigidez horizontal del brazo Kb es mucho mayor que la rigidez de los
dispositivos ADASTD Ka, siendo Kb mucho mayor que Ka, cumpliendo con el valor practico mencionado
anteriormente (M. Tehranizadeh, 2001).
Las tablas 11 y 12 muestran los valores de SR obtenidos para cada uno de los entrepisos. Los cuales indican que
existe un incremento en el amortiguamiento debido a los dispositivos ADASTD instalados en la estructura (M.
Tehranizadeh, 2001).
𝑘𝑏 𝐸𝐴〖(𝑐𝑜𝑠𝜃)〗^
𝐿𝑏
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Tabla 11 Relación de rigideces, registro sísmico Manjil
Entrepiso Kt Kf SR=Kt/kf
4 1217.55 362.66 3.3
3 1593.39 515.56 3.0
2 1593.39 700.37 2.2
1 827.28 1433.60 0.5
Tabla 12 Relación de rigideces, registro sísmico Héctor Mine
Entrepiso Kt Kf SR=Kt/kf
4 1217.55 362.66 3.3
3 1593.39 515.56 3.0
2 1593.39 700.37 2.2
1 827.28 1433.60 0.5
La rigidez total considerando la rigidez de entrepiso sin los dispositivos y aquella que aporta la implementación de
los dispositivos se exponen en la tabla 13.
Tabla 13 Rigidez total de entrepiso
Entrepiso Ktotal
Registro sísmico Manjil
Ktotal
Registro sísmico Héctor Mine
4 1580.220 1580.220
3 2108.957 2108.957
2 2293.765 2293.765
1 2260.891 2260.891
Para restringir las distorsiones en el sentido paralelo a la placa se definió el estado límite de servicio, cuya finalidad
es controlar el desplazamiento mediante un ancho de tope para nuestro caso es de 0.015m.
EVALUACIÓN CONSIDERANDO DISPISOTIVOS ADASTD
Durante el proceso de investigación de campo, se exploró las diferentes maneras de reforzamiento de la estructura
que conceda tener un desempeño sísmico adecuado sin realizar modificaciones importantes en la edificación, que
permitan seguir con las actividades usuales de la institución y ser no destructivas con los elementos estructurales.
Con esta finalidad se decidió utilizar dispositivos ADASTD, los cuales se encuentran unidos a brazos paralelos,
unido uno de ellos a los elementos estructurales de la edificación, el segundo brazo se une a una armadura colocada
en el sentido longitudinal del edificio de 4 niveles a cada tres marcos, permitiendo un flujo peatonal adecuado (ver
figura 9). De esta forma se cumple el propósito de dañar lo menos posible la estructura.
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Figura 9 Conexión Dispositivos - Estructura
La tabla 14 y 15 muestran las distorsiones máximas de entrepiso basado en el tipo de reforzamiento propuesto
utilizando el registro de aceleración Manjil y Héctor mine. Se puede observas una reducción importante en las
distorsiones de entrepiso sin disipadores (ver tabla 2 y 3) y con disipadores (ver tabla 14 y 15), obteniendo
distorsiones menores al 43 % con respecto al estado límite de servicio.
Tabla 14 Distorsiones de entrepiso, registró sísmico Manjil
Entrepiso Desplazamiento (m) Distorsiones Reducción en Porcentaje
4 0.0491 0.0034 14.14
3 0.0370 0.0039 2.07
2 0.0233 0.0038 3.79
1 0.0099 0.0028 29.56
Tabla 15 Distorsiones de entrepiso, registró sísmico Héctor mine
Entrepiso Desplazamiento (m) Distorsiones Reducción en Porcentaje
4 0.0433 0.0034 14.86
3 0.0314 0.0034 13.71
2 0.0193 0.0032 19.54
1 0.0080 0.0023 42.25
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Figura 10 Perfil de distorsiones con ADASTD Manjil
Figura 11 Perfil de distorsiones con ADASTD Héctor Mine
Se observa claramente la diferencia porcentual en desplazamiento (ver tabla 16 y 17) y distorsión (ver tabla 18 y 19)
entre la estructura actual que corresponde a la modelación sin reforzamiento y a la estructura ideal haciendo
referencia a la modelación con disipadores de energía ADASTD.
Tabla 16 Diferencia porcentual en desplazamientos de entrepiso, registro sísmico Manjil
Entrepiso Desplazamiento sin ADASTD
(m)
Desplazamiento con ADASTD
(m)
Diferencia en Porcentaje
4 0.1029 0.0491 52.32
3 0.0791 0.0370 53.16
2 0.0481 0.0233 51.51
1 0.0172 0.0099 42.80
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Tabla 17 Diferencia porcentual en desplazamientos de entrepiso, registro sísmico Héctor Mine
Entrepiso Desplazamiento sin ADASTD
(m)
Desplazamiento con ADASTD
(m)
Diferencia en Porcentaje
4 0.1089 0.0434 60.19
3 0.0839 0.0314 62.55
2 0.0503 0.0194 61.49
1 0.0176 0.0081 53.93
Tabla 18 Diferencia porcentual en distorsiones de entrepiso, registro sísmico Manjil
Entrepiso Distorsiones sin ADASTD Distorsiones con ADASTD
Diferencia en Porcentaje
4 0.0068 0.0034 49.54
3 0.0088 0.0039 55.73
2 0.0088 0.0038 56.37
1 0.0049 0.0028 42.80
Tabla 19 Diferencia porcentual en distorsiones de entrepiso registro, sísmico Héctor Mine
Entrepiso Distorsiones sin ADASTD Distorsiones con ADASTD
Diferencia en Porcentaje
4 0.0071 0.0034 52.28
3 0.0096 0.0034 64.12
2 0.0093 0.0032 65.55
1 0.0050 0.0023 53.93
CONCLUSIONES
Actualmente el edificio de 4 niveles que alberga a cientos de alumnos en la escuela Secundaria Federal # 2 cuenta
con un desempeño sísmico inadecuado, esto se confirmó al determinar las distorsiones máximas de entrepiso, las
cuales exceden por más del 50 % el límite de servicio. Esto implica que la estructura sufrirá deterioro o pérdida en
funcionalidad.
El edificio reforzado con los dispositivos ADASTD presenta resultados favorables, obteniéndose reducciones
importantes en los desplazamientos de entrepiso y por consiguiente una disminución por encima del 60 % en las
distorsiones de entrepiso como consecuencia al aumento que otorgan los dispositivos en la resistencia, capacidad de
deformación y disipación de energía que le es suministrada a la estructura.
Esto prueba que los dispositivos ADASTD desarrollaron el comportamiento esperado, permitiendo una
concentración de esfuerzos en la zona central de la placa, logrando que los elementos estructurales que componen la
edificación tales como vigas y columnas, se mantuvieran dentro del rango elástico, mientras que los ADASTD
incursionaron en el rango inelástico propósito para el cual fueron diseñados.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Chiodi R., Prota A., y Manfredi. (2012), "Nonlinear seismic behavior of an existing RC building retrofitted with
BRBs". WCCE, Lisboa.
Fajfar P., y Krawinkler H. (2004), "Performance-based seismic design concepts and implementation". Pacific
Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, 531pp.
Keh-Chyuan T., Huan-Wei C., Ching-ping H., y Yung-Feng S. (1993), "Design of steel triangular plates energy
absorbers for seismic-resistant construction". Earthquake Spectra, pp. 505-528.
Martınez J.E. (2002), "On the Evolution of Energy Dissipation". Earthquake Engineering Research Institute, Vol.
2, mayo, pp. 309–346.
Nawrotzki P. (2012), "Seismic retrofitting of structures with tuned-mass systems". WCEE, Lisboa.
Rais S., Ounis O., y Chebili R. (2013), "Study and modelling of dynamic behaviour of structures with energy
dissipation devices type ADAS". TDMSK.
Schultz A.E. (1992), "Approximating lateral stiffness of stories in elastic frames". Journal of Structural
Engineering, pp. 243-263.
Scott B.D (1982), "Strain-stress behavior of concrete confined by overlapping hoops at low and high strain
rates". Journal Proccedings, Vol. 79, Enero, pp. 13-27.
Soni A.H. y Sanghvi C.S. (2012). "Mathamatical modelling of ADAS damper element and non-linear time
history analysis of SDOF steel structure using ETABS". Journal of engineering research and studies,Vol
3, pp.12-13.
Tehranizadeh M. (2001), "Passive energy dissipation device for typical steel frame building in iran".
ELSEVIER, pp 643-655.
Tena C. A. (1997). "Mathematical modelling of the ADAS energy dissipation device". ELSEVIER, Vol. 19, pp.
811-821.
Whittaker AS, Uang CM, Bertero VV. (1990). "An experimental study of the behavior of dual steel systems".
Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, 340 pp.
Xia C, Hanson RC. (1992). "Influence of ADAS element parameters on building seismic response". American
Society of Civil Engineers, Julio, pp. 1903-1918.
