Efecto de la bidireccionalidad y ángulo de incidencia del sismo en la respuesta de estructuras de concreto armado

Abstract

Actualmente se considera que las acciones sísmicas actúan independientemente en dos o tres direcciones principales ortogonales entre sí, aplicándolas a la edificación de acuerdo con su geometría en planta, sin que esto sea necesariamente válido. Es por tal, que el análisis sísmico de edificaciones debería considerar los efectos bidireccionales que las acciones sísmicas tienen en planta, siendo posible si se considerara un ángulo de incidencia real de cada acción sísmica, para estimar los efectos máximos de los elementos estructurales y la respuesta máxima de la estructura. La norma peruana E.030 “Diseño Sismorresistente”, no presenta una metodología que considere los efectos que se producen en los elementos estructurales y la estructura global al considerar la bidireccionalidad y los ángulos de incidencia del sismo, solo indica que para estructuras irregulares deberá suponerse que la acción sísmica ocurre en la dirección que result e más desfavorable para el diseño de cada elemento. Se analizó el efecto de la bidireccionalidad y el ángulo de incidencia del sismo en la respuesta de estructuras de concreto armado, usando el análisis Tiempo-Historia lineal de 11 estructuras con rigideces y excentricidades relativas diferentes en ambas direcciones utilizando ángulos de incidencia cada 10°. Así también se usó 20 registros sísmicos peruanos entre suelos muy rígidos, intermedios y blandos obtenidos de la red nacional de acelerógrafos del CISMID y del IGP. Posteriormente se realizó un análisis Tiempo-Historia no lineal, el cual fue aplicado a una de las 11 estructuras y usando ángulos de incidencia cada 10° con un único registro sísmico. Las respuestas máximas de estas se compararon con la respuesta máxima del análisis modal espectral donde se obtuvo reglas lineales para factores de amplificación, considerando el efecto de la bidireccionalidad y el ángulo de incidencia. Finalmente, se obtuvo una metodología para el análisis modal espectral y el análisis tiempo historia que considera los efectos de la bidireccionalidad y del ángulo de incidencia en estructuras de concreto armado, siendo esta una propuesta para la norma peruana E.030. Esta metodología se verificó en una estructura real, comparándola con un análisis Tiempo-Historia lineal y ángulos de incidencia cada 10°, para los 20 registros sísmicos considerados inicialmente.

Currently, it is considered that seismic actions act independently in two or three main directions orthogonal to each other, applying them to the building in accordance with its geometry in the plant, without this being necessarily valid. It is for this, that the seismic analysis of buildings should consider the bidirectional effects that the seismic actions have in plant, being possible if it is considered a real angle of incidence of each seismic action, in order to estimate the maximum effect of structural elements and the maximum response of the structure. The standard E.030 “Earthquake Resistant Design“, does not present a methodology that considers the effects that occur in the structural elements and the global structure when considering the bidirectionality and the angles of incidence of the earthquake, only indicates that for irregular structures it should be assumed that the seismic action occurs in the direction that is most unfavorable for the design of each element. The effect of bidirectionality and the angle of incidence of the earthquake on the response of reinforced concrete structures was analyzed, using the linear Time-History analysis of 11 structures with different relative rigidities and eccentricities in both directions using angles of incidence every 10°, thus, 20 Peruvian seismic records were used between very rigid, intermediate and soft soils obtained from the national network of accelerographs of CISMID and the IGP. Later, a non-linear Time-History analysis was carried out, which was applied to one of the 11 structures and using angles of incidence every 10° with a single seismic record. The maximum responses of these were compared with the maximum response of the spectral modal analysis where linear rules for amplification factors were obtained, considering the effect of bidirectionality and the angle of incidence. Finally, a methodology was obtained for spectral modal analysis and time history analysis considering the effects of bidirectionality and the angle of incidence in reinforced concrete structures, this being a proposal for Peruvian standard E.030. This methodology was verified in a real structure, comparing it with a linear Time-History analysis and angles of incidence every 10°, for the 20 seismic records initially considered.