Evaluación del desempeño sísmico de la edificación esencial “Sala de Operaciones del INEN” mediante el análisis no lineal estático

Abstract

La seguridad estructural en edificaciones es muy importante para el desarrollo de las actividades del ser humano, y más en edificaciones destinadas a la atención de la salud de las personas, pues a diario transitan gran cantidad de personal médico, pacientes, entre otros. Por ello, es de vital importancia la evaluación estructural de las edificaciones de manera periódica para salvaguardar la integridad física de dichas personas, ya que nos encontramos en una zona altamente sísmica denominada “Cinturón de fuego del Pacífico”.

En este sentido, el presente estudio tiene por objeto evaluar el desempeño sísmico de la edificación esencial “Sala de operaciones del INEN” mediante el análisis no lineal estático “Pushover”.

Como se sabe, el INEN se encuentra en el distrito de Surquillo - Lima y es uno de los establecimientos más importantes del país que tiene cobertura nacional.

Por su parte, la sala de operaciones del INEN, constituye una edificación de tres niveles cuyo sistema estructural es de Pórticos de concreto armado. El área de terreno sobre el cual se levanta la edificación es de 1,597.00 m2 y tiene una antigüedad aproximada de 35 años. El perfil del Suelo es de tipo S1, es decir, suelos muy rígidos. Asimismo, de acuerdo al peligro símico, Surquillo se ubica en la Zona 4. En cuanto a la categorización, es una edificación esencial A1, todo ello de acuerdo a la Norma Técnica Peruana E.030 - 2018 (Diseño Sismorresistente).

Con esta información, inicialmente se realizó el análisis lineal estático y dinámico, donde se ha podido obtener el periodo fundamental de la estructura, las cortantes basales y las distorsiones de entrepiso (Derivas). Aquí se puede destacar los resultados de las derivas del análisis dinámico modal espectral, tanto en la dirección XX como en la dirección YY, pues sobrepasa el límite máximo de 7/1000 dado por la Norma E.030. Estos valores sobrepasan en el Piso 01 y 02, llegando a los máximos valores en el Piso 01, donde llega a 18.3/1000 en la dirección XX y 16.5/1000 en la dirección YY.

En cuanto al análisis no lineal estático, se ha desarrollado de acuerdo al código FEMA 440 y ASCE/SEI 41-13. Asimismo, para obtener el punto de desempeño se ha utilizado el método de coeficientes, donde se ha podido obtener los resultados de acuerdo a los objetivos planteados en el estudio.

Inicialmente se ha asignado las rotulas plásticas concentradas en los extremos de cada uno de los elementos estructurales, columnas y vigas. Con ello, se ha obtenido la deformación de la estructura frente a la acción sísmica en ambas direcciones. Luego, se obtuvo las curvas de Momento – Rotación de cada elemento estructural, donde se ha podido apreciar la resistencia y/o ductilidad en el rango no lineal hasta llegar a la falla o colapso.

Asimismo, se logró obtener la curva de capacidad y la representación bilineal de la demanda de capacidad. Posteriormente, se obtuvo el punto de desempeño de la estructura de acuerdo al nivel de desempeño (Operacional, Ocupación inmediata, Resguardo de vida, Prevención del colapso) y al tipo de sismo (Servicio, Diseño, Máximo). De acuerdo a estos resultados, se puede concluir que con un sismo de diseño (Sismo raro), la edificación se encuentra en Resguardo de vida y con un Sismo máximo esperado, la estructura colapsaría, tanto en la dirección XX como en la dirección YY.

Por ello, se recomienda lo antes posible, un reforzamiento estructural mediante muros de corte (Placas) en los cuatro lados del perímetro del edificio o también mediante la implementación de disipadores metálicos SLB con diagonales Chevron.

Structural safety in buildings is very important for the development of human activities, and even more so in buildings intended for people's health care, since a large number of medical personnel, patients, among others, pass through on a daily basis. Therefore, the structural evaluation of buildings on a periodic basis is of vital importance to safeguard the physical integrity of these people, since we are in a highly seismic area called the “Pacific Ring of Fire”.

In this sense, the purpose of this study is to evaluate the seismic performance of the essential building “INEN Operations Room” through nonlinear static “Pushover” analysis.

As is known, the INEN is located in the district of Surquillo - Lima and is one of the most important establishments in the country that has national coverage.

For its part, the INEN operations room constitutes a three-level building whose structural system is made of reinforced concrete porticos. The area of ​​land on which the building stands is 1,597.00 m2 and is approximately 35 years old. The soil profile is type S1, that is, very rigid soils. Likewise, according to the seismic danger, Surquillo is located in Zone 4. Regarding the categorization, it is an A1 essential building, all in accordance with the Peruvian Technical Standard E.030 - 2018 (Earthquake-resistant Design).

With this information, initially the static and dynamic linear analysis was carried out, where it was possible to obtain the fundamental period of the structure, the basal shears and the mezzanine distortions (Drifts). Here we can highlight the results of the drifts of the spectral modal dynamic analysis, both in the XX direction and in the YY direction, since it exceeds the maximum limit of 7/1000 given by Standard E.030. These values ​​exceed on Floor 01 and 02, reaching the maximum values ​​on Floor 01, where it reaches 18.3/1000 in the XX direction and 16.5/1000 in the YY direction.

Regarding the static nonlinear analysis, it has been developed according to the FEMA code 440 and ASCE/SEI 41-13. Likewise, to obtain the performance point, the coefficient method has been used, where it has been possible to obtain the results according to the objectives set in the study.

Initially, the plastic hinges concentrated at the ends of each of the structural elements, columns and beams, have been assigned. With this, the deformation of the structure against seismic action in both directions has been obtained. Then, the Moment – ​​Rotation curves of each structural element were obtained, where the resistance and/or ductility in the non-linear range could be appreciated until reaching failure or collapse.

Likewise, it was possible to obtain the capacity curve and the bilinear representation of the capacity demand. Subsequently, the performance point of the structure was obtained according to the level of performance (Operational, Immediate occupation, Life safety, Collapse prevention) and the type of earthquake (Service, Design, Maximum). According to these results, it can be concluded that with a design earthquake (rare earthquake), the building is in Life Safety and with a maximum expected earthquake, the structure would collapse, both in the XX direction and in the YY direction.

Therefore, it is recommended as soon as possible, structural reinforcement through shear walls (Plates) on the four sides of the building perimeter or also through the implementation of SLB metal heatsinks with Chevron diagonals.