Reacondicionamiento Sísmico de Edificios de Hormigón Armado con el Primer Piso Blando, Mediante Disipadores de Energía : aplicación a la República Dominicana

摘要

La presente Tesis propone una nueva solución para el reacondicionamiento sísmico de un tipo particular de edificaciones existentes consistente en pórticos de hormigón armado con un primer piso blando y muros de mampostería como elementos de cierre y particiones interiores en los pisos superiores. La nueva solución se basa en el empleo de disipadores de energía de tipo histerético y con ella se consigue acercar el comportamiento sísmico de este tipo de estructuras al de las estructuras con aislamiento de base. El piso blando es una configuración estructural inadecuada desde el punto de vista sísmico, responsable del mayor número de colapsos de edificios frente a terremotos severos ocurridos en el pasado, lo que hace que los edificios con piso blando representen una cuestión de gran preocupación, especialmente en las regiones de alta sismicidad como la República Dominicana. La solución investigada combina la adicción de disipadores histeréticos de energía con el refuerzo de las columnas de la primera planta (en caso de ser necesario). Los dispositivos de disipación de energía son nuevas tecnologías capaces de reducir los desplazamientos relativos entre plantas y de incrementar la resistencia de los edificios. La Tesis propone también una metodología de cálculo para este tipo de estructuras basada en el balance energético, que proporciona la resistencia, rigidez y capacidad de disipación de energía requerida a los disipadores para que el edificio en su conjunto pueda resistir el terremoto de diseño sin exceder la deriva máxima impuesta para la primera planta. La resistencia requerida por los disipadores depende de la resistencia de las columnas del primer piso, lo que da lugar a múltiples soluciones y permite optimizar la solución. El método propuesto para el dimensionado de los disipadores toma en cuenta la contribución de la deformación elástica de las plantas superiores a la energía de vibración elástica, y proporciona una formula simple para determinar la resistencia necesaria en esas plantas para garantizar que las mismas se mantienen elásticas. En esta Tesis se diseñan varios prototipos de estructuras representativas de edificios existentes de 3, 6 y 9 plantas de acuerdo con los códigos de construcción de la RD, y posteriormente se desarrollan los modelos numéricos correspondientes a esos edificios. Los modelos fueron reacondicionados con la solución propuesta por el autor de esta Tesis, y utilizando un código para el Análisis Dinámico no lineal de Estructuras en dos dimensiones (IDARC-2D), se llevaron a cabo múltiples análisis dinámicos directos en régimen no lineal para evaluar el desempeño sísmico de las estructuras reacondicionadas y para validar el procedimiento desarrollado. Los resultados obtenidos muestran que la solución propuesta protege satisfactoriamente la estructura existente y que además previene el daño frente a terremotos más severos asociados a períodos de retorno de 2475 años tanto en la primera planta con en las plantas superiores. ABSTRACT The present Thesis proposes a new solution for seismic upgrading existing reinforced concrete structures with first soft story and masonry infills at the upper stories. The new solution is based on the use of hysteretic dampers and it is intended to attain a seismic behavior similar to that of base isolation systems. Soft story is an inadequate structural configuration responsible in the past for many building collapses during severe earthquakes around the world. This type of structures are a matter of big concern especially in regions of high seismicity such as Dominican Republic. The solution investigated in this Thesis combines the addition of hysteretic dampers with the strengthening (if necessary) of the columns of the existing soft first (ground) story of the building. Energy dissipating devices (EDDs) are new technologies capable of minimizing inter-story drifts and increasing the earthquake resistance of buildings. The Thesis puts forth an energy-based design procedure that provides the strength, stiffness and energy dissipation capacity required for the dampers so that the overall structure can endure the design earthquake without exceeding a prescribed maximum drift at the first story. The strength required for the dampers depends on the strength of the columns of the first story therefore multiple solutions are possible allowing optimization. The proposed method takes into account the contribution of the elastic deformation of the upper stories to the elastic vibrational energy of the whole system. Further, simple formulae are proposed to determine the required strength on the upper stories so that they remain elastic. Several prototype buildings having 3, 6 and 9 stories were designed according to code construction of Dominican Republic, and then, the corresponding numerical models representing these buildings were developed. The models were seismic upgraded with the solution proposed by the author, and using a code for Inelastic Dynamic Analysis of Structures (IDARC-2D), non-linear time-history analyses were carried out to evaluate the seismic performance of the retrofitted structures and to validate the proposed procedure. The results obtained show that the proposed solution protects satisfactorily the existing structure and prevents damage under severe earthquakes in both, first story and upper stories.