Influencia de la masa en movimiento de los ocupantes durante una evacuación en la respuesta estructural de un edificio de uso educativo mediante un Análisis Modal Espectral

Abstract

Actualmente, una de las mayores fuentes de inversión a nivel mundial es en infraestructuras. Esta inversión puede verse afectada por desastres naturales como los sismos. Según el Center of Risk Studies la pérdida ocasionada por sismos de gran magnitud es aproximadamente de 33.96 billones USD del PBI global, por lo que se debe dar énfasis a que factor influye en los daños en las estructuras para minimizar las pérdidas.

Un factor influyente en el comportamiento de una estructura es el movimiento de la carga. Esto se ha evaluado en diferentes investigaciones, donde se realizaron análisis similares en puentes, vigas y placas. En estas se evidenció que las excitaciones sísmicas amplifican los efectos de las cargas vivas y que su movimiento influye en la respuesta de la estructura siendo la velocidad, el peso, la excentricidad de la carga y el material de la estructura factores importantes. Por lo tanto, se estima que la influencia producida por una masa en movimiento sobre una edificación es significativa.

La presente investigación evalúa el caso de una edificación esencial, para definir el rango de influencia en el comportamiento estructural cuantificando el efecto de la masa en movimiento de los ocupantes durante un sismo. Por ello, se ha modelado escenarios donde se simula una evacuación en un edificio de uso educativo aplicando el método de análisis modal espectral. Finalmente, se obtuvieron resultados importantes como la variación de la respuesta estructural (cortante basal, períodos y derivas máximas) en cada caso influenciado por la variación de masa.

Infrastructure is currently one of the largest sources of investment worldwide. This investment can be affected by natural disasters such as earthquakes. According to the Center of Risk Studies, the loss caused by earthquakes of high magnitude is approximately 33.96 billion USD of the global GDP, thus, emphasis should be given to the factors that influence damage to structures in order to minimize losses.

An influential factor in the behavior of a structure is the load movement. This has been evaluated in different investigations, which have made similar analyses on bridges, beams and slabs. In these it was evidenced that seismic excitations amplify the effects of live loads and that their movement influences the response of the structure, being the speed, weight, eccentricity of the load and the material of the structure important factors. Therefore, it is estimated that the influence produced by a moving mass on a building is significant.

The present investigation evaluates the case of an essential building, in order to define the range of influence on the structural behavior by quantifying the effect of the moving mass of the occupants during an earthquake. For this purpose, scenarios where an evacuation is simulated in an educational building have been modeled by applying the spectral modal analysis method. Finally, some important results such as the variation of the structural response (basal shear, periods and maximum drifts) were obtained in each case influenced by the mass variation.