Comportamiento sísmico de torres altas de concreto armado con núcleo rígido y losas postensadas ubicadas en suelos Tipo 1, mediante análisis no lineal estático y no lineal tiempo historia

Abstract

En la realidad peruana, se evidencia la insuficiente presencia de torres altas, además de una aprensión a emplear técnicas más modernas, como la implementación de losas postensadas. En la actualidad, la normativa de diseño se centra en el rango elástico, pero existe la necesidad de evaluar el desempeño de edificaciones en el rango inelástico. Por ello, se presenta un gran desafío ante la contingencia de un movimiento sísmico de gran intensidad. La presente investigación se planteó con el objetivo de evaluar el comportamiento estructural de seis edificaciones, las cuales presentan 40, 36 y 32 pisos (tres de planta cuadrada y tres de planta rectangular). Se hará uso de dos tipos de análisis no lineal: pushover y tiempo historia, los cuales se llevarán a cabo de forma independiente. Estas edificaciones presentan una configuración con núcleo rígido y el uso de losas postensadas sin vigas será incorporado en su estructura. Como primer paso, se procedió a definir los edificios en base a estudios previos haciendo uso de las normativas peruanas vigentes. Las losas postensadas fueron diseñadas según el ACI 318. Como segundo paso, se empleó el análisis Pushover para construir la curva de capacidad según eje ortogonal para cada una de las edificaciones. Como tercer paso, se calculó la demanda sísmica a partir del escalamiento de 7 pares de registros sísmicos y se siguió la metodología ATC-40 para hallar el punto de desempeño estructural. Como cuarto paso, se llevó a cabo el análisis no lineal Tiempo Historia para estimar el comportamiento mediante la aplicación de los 7 pares de registros sísmicos previamente seleccionados para la demanda. Como quinto y último paso, se efectuó una comparativa, por separado, entre las respuestas estructurales obtenidas al utilizar cada método no lineal. Finalmente, se mostraron respuestas inesperadas en el análisis pushover, ya que se logró observar la formación de rótulas por cortante en vez de rótulas de flexo-compresión en los muros esbeltos del núcleo rígido para los primeros pisos. Por otro lado, mediante el análisis no lineal tiempo historia, se obtuvieron graficas de cortante basal vs tiempo, desplazamiento vs techo y curvas histéreticas. Además, fueron evidenciadas ciertas deficiencias en la implementación de los parámetros de diseño a través del análisis de resultados, como los espesores en elementos estructurales y la asignación de cuantías de acero, que afectaron de forma negativa el desempeño de las estructuras en el rango inelástico. Aún con dichas limitantes, cada una de las estructuras cumplió con satisfacer las pautas de diseño establecidas en la norma peruana actual, lo cual remarca la urgencia de reformar, detallar y mejorar la vigente norma de diseño.

In the Peruvian reality, the insufficient presence of tall towers is evident, as well as an apprehension to use more modern techniques, such as the implementation of post-tensioned slabs. Currently, design standards focus on the elastic range, but there is a need to evaluate the performance of buildings in the inelastic range. Therefore, a great challenge is presented in the contingency of a high intensity seismic movement. The present investigation was proposed with the objective of evaluating the structural behavior of six buildings, which have 40, 36 and 32 stories (three square and three rectangular). Two types of nonlinear analysis will be used: pushover and time history, which will be carried out independently. These buildings have a rigid core configuration and the use of post-tensioned slabs without beams will be incorporated in their structure. As a first step, the buildings were defined on the basis of previous studies using current Peruvian regulations. The post-tensioned slabs were designed according to ACI 318. As a second step, Pushover analysis was used to construct the capacity curve according to orthogonal axis for each of the buildings. As a third step, the seismic demand was calculated from the scaling of 7 pairs of seismic records and the ATC-40 methodology was followed to find the structural performance point. As a fourth step, the non-linear Time History analysis was carried out to estimate the performance by applying the 7 pairs of seismic records previously selected for the demand. As a fifth and final step, a comparison was made, separately, between the structural responses obtained by using each nonlinear method. Finally, unexpected responses were shown in the pushover analysis, since it was possible to observe the formation of shear hinges instead of flexural-compression hinges in the slender walls of the rigid core for the second floors. On the other hand, by means of nonlinear time-history analysis, basal shear vs. time, displacement vs. roof and hysteretic curves were obtained. In addition, certain deficiencies in the implementation of the design parameters were evidenced through the analysis of results, such as the thicknesses in structural elements and the allocation of steel amounts, which negatively affected the performance of the structures in the inelastic range. Even with these limitations, each of the structures complied with the design guidelines established in the current Peruvian standard, which highlights the urgency of reforming, detailing, and improving the current design standard.