Espectros de aceleración para diferentes porcentajes de amortiguamiento y su aplicación en el diseño de estructuras industriales

Abstract

En la presente investigación se han obtenido coeficientes de amplificación sísmica para amortiguamientos del 2%, 5% y 10% para probabilidades de no excedencia del 50% y 84.1%, con el objetivo de encontrar factores de modificación que al aplicarlos al espectro del 5% se puedan construir espectros para amortiguamientos del 10% y 2%; para lo cual se realizó un análisis de los registros sísmicos de sismos de mediana y gran magnitud, dando relevancia a aquellos con los que se construyó el espectro de la norma de diseño sismorresistente E030. Con base en la forma del factor de amplificación dinámica y la relación de índices espectrales, se proponen tres factores de modificación, uno para la zona de la plataforma, en donde el espectro es más sensible a la variación del amortiguamiento, y otros dos para la zona de caída de la curva. En la zona de la plataforma existen grandes amplificaciones y reducciones para los espectros de aceleraciones con amortiguamiento del 2% y 10% respectivamente al ser comparados con el espectro de 5%. Además, utilizando herramientas de ajustes de curvas a los datos analizados se propone una nueva expresión para el cálculo del coeficiente de amplificación sísmica de la primera región de la zona de caída de la curva. Otro punto importante que resulta del análisis de los espectros de desplazamiento es la modificación del valor de periodo que define la zona de desplazamientos constantes “TL”. El espectro de aceleraciones para amortiguamiento del 2% se utilizó para el diseño de estructuras industriales de acero tales como: nave industrial sin puente grúa, nave industrial con puente grúa y un silo de almacenamiento y se compararon los resultados con el diseño con el espectro de la norma E030 que corresponde a un amortiguamiento del 5%. Se observó que el cambio del espectro afecta principalmente a los elementos estructurales con mayor rigidez y las columnas que se encuentran en los extremos de los pórticos debido al aumento de la carga axial. Las deformaciones y fuerzas se ven incrementadas en el mismo porcentaje con el que se amplifica el espectro al pasar de uno con amortiguamiento del 5% a otro con 2%. Además, la fuerza sísmica alcanza mayor prioridad en las combinaciones de diseño cuando se pasa de una estructura liviana a una más pesada.

In the present research, seismic amplification coefficients have been obtained for damping of 2%, 5% and 10% for non probability exceedance of 50% and 84.1%, with the purpose of finding modification factors that when applied to the spectrum of 5% spectra for 10% and 2% damping can be built; for which an analysis of the seismic records of medium and large magnitude was performed, giving relevance to those with which the spectrum of the seismic resistant design E030 standard was built. Based on the shape of the dynamic amplification factor and spectral ratios, three modification factors are proposed, one for the platform zone, where the spectrum is more sensitive to the variation of the damping, and two others for the fall zone of the curve. In the platform zone there are large amplifications and reductions for the spectrum of acceleration with damping of 2% and 10% respectively when these are compared with the 5% spectrum. Besides, using curve fitting tools to the analyzed data a new expression for the seismic amplification coefficient is proposed for the first region of the fall zone of the curve. Another important point that results of the analysis of the displacement spectrums is the modification of the period value that defines the zone of constant displacements “TL”. The acceleration spectrum for damping of 2% was used for the design of industrial steel structures such as: warehouse without bridge crane, warehouse with bridge crane and storage silo and the results were compared with the design with the spectrum of the E030 standard corresponding to a 5% damping. It has been observed that the change of the spectrum mainly affects to the structural elements with greater stiffness and the extreme columns of the frames. The deformations and forces are increased by the same percentage with which the spectrum is amplified when going from one with damping of 5% to another with 2%. Besides, the seismic force reaches higher priority in the design combinations when going from a light structure to a heavier one.