Influencia de la irregularidad de rigidez en el comportamiento sísmico de un edificio con muros estructurales de concreto armado

Abstract

En el Perú y el mundo la presencia de la irregularidad de rigidez en las edificaciones ha ocasionado un mal comportamiento sísmico frente a los sismos del siglo XXI, es por ello que es de vital importancia evitar tener este tipo de irregularidad en los edificios. En el caso que no se pueda evitar su presencia se debe suministrar al edificio de un diseño sísmico adecuado como para cubrir los requisitos de funcionalidad mínimos después del sismo. Con la actualización de la norma E.030 en el año 2018, la forma en la que se determina si una estructura presenta o no irregularidad de rigidez cambió. Debido a ello es posible que edificios que fueron diseñados con la norma E.030 - 2016 y presentaban irregularidad de rigidez no lo hubiesen tenido si se diseñaran con la norma E.030 - 2018. El objetivo de esta tesis es determinar si el edificio en estudio, que cuando fue analizado con la norma E.030 – 2016 presentó irregularidad de rigidez y fue diseñado como tal siguiendo los lineamientos de la norma E.030 y la norma E.060, presenta irregularidad de rigidez al ser analizado con la norma E.030 – 2018. No solo eso sino que también, determinar de qué manera influirían la presencia o la ausencia de la irregularidad de rigidez tanto en el diseño estructural del edificio como en el desempeño sísmico del mismo. También se quiere dar un mayor entendimiento acerca del desempeño estructural de edificaciones que presenten irregularidad de rigidez. Con el fin de determinar la influencia de la irregularidad de rigidez en las edificaciones, se modeló un edificio de 7 pisos con muros de concreto armado en el software Etabs 2016. Una vez modelado se procedió a analizarlo y determinar la presencia de irregularidades según las tablas N°8 y N°9 de las normas E.030 – 2016 y E.030 –2018. Como consecuencia, el edificio en estudio presentaba irregularidad de rigidez al ser analizado con la norma E.030 -2016, pero no presentó ninguna irregularidad al ser analizado con la norma E.030 – 2018. Esta variación significó que las fuerzas sísmicas de diseño para el edificio según la norma E.030 – 2016 sean 50% más altas en la dirección X y 48% más altas en la dirección Y con respecto a las fuerzas sísmicas de diseño para el edificio proveniente del análisis con la norma E.030 -2018. En adición, luego de analizar el edificio con ambas normativas, se procedió a diseñar todos los elementos estructurales para ambos resultados de análisis. Se obtuvieron vigas y placas más reforzadas para el caso en el que se diseñó en base al análisis con la norma E.030 – 2016. En el caso de las columnas las solicitaciones últimas fueron las mismas en ambos casos de análisis debido a que el sistema estructural de la edificación fue de muros estructurales (R0=6) y el diseño de las columnas estaba gobernado por cargas de gravedad. Finalmente, con el diseño de todos los elementos estructurales se procedió a realizar el análisis estático no lineal para ambos casos. Se obtuvo que el edificio en estudio presentó un mejor desempeño sísmico para el caso en el que fue diseñado con las fuerzas sísmicas de diseño provenientes del análisis con la norma E.030 – 2018. En otras palabras, el edificio, que calificó como regular según la norma E.030 – 2018, presentó un mejor desempeño sísmico cuando fue diseñado tomando como base los resultados del análisis con la norma E.030 – 2018, que cuando este fue diseñado tomando como base los resultados del análisis con la norma E.030 – 2016.

In Peru and the world the stiffness irregularity presence in buildings has caused bad seismic behavior against the earthquakes of the XXI century, so it is very significant to avoid having this type of irregularity in the buildings or in case its presence can’t be avoided, supplying the building with an adequate seismic design to cover the minimum functionality requirements after the earthquake. As the E.030 code changed in 2018, the way in which it is determined whether or not a structure presents stiffness irregularity changed. Due to this it is possible that buildings that were designed before the update of the standard and had irregularity of rigidity would not have had it if they were designed with the current code. The objective of this thesis is to determine if the studied building, which had stiffness irregularity with the E.030 – 2016 standard, continue presenting stiffness irregularity when it is analyzed with the E.030 - 2018 standard. Not only that, but also to determine how the presence or absence of the stiffness irregularity would influence both the building structural design and the building seismic performance. In addition, it’s desired to give a greater understanding about the structural performance of buildings that show stiffness irregularity. In order to determine the influence of the stiffness irregularity in the buildings, a 7-story building with reinforced concrete walls was modeled in the Etabs 2016 software. After modeling, it was analyzed and it was determined the existence of irregularities according to tables N°8 and N°9 of codes E.030 - 2016 and E.030 - 2018.The result was that the studied building had stiffness irregularity according to the E.030 -2016, but it didn’t present any irregularity when it was analyzed with the E.030 - 2018 code. Therefore, this variation meant that the seismic design strengths for the building according to the E.030 - 2016 standard are 50% higher in the X direction and 48% higher in the Y direction with respect to the building design seismic forces as analyzed with the E.030 -2018 code. After analyzing, the structural design of all the structural elements for both analysis results was carried out. Therefore, there was obtained more structural reinforcement for the beams and walls of the E.030 - 2016 analysis case. In the case of the columns, the requirements were the same because the building structural system was walls (R = 6) in both analysis cases E.030 – 2016 and E.030-2018. Finally, it was carried out the nonlinear static analysis in both cases. As a result, the building designed with the E.030 – 2018 code performed seismically better than the case of design with E.030 – 2016 code. In other words, the building that qualified as regular according to this code presents a better seismic performance than if it were qualified as irregular and its seismic design forces had to be amplified.