Relación entre el factor de reducción de fuerzas sísmicas y la demanda de ductilidad para terremotos peruanos en la zona de periodos cortos

Abstract

La respuesta estructural ante terremotos es compleja debido a las componentes aleatorias y al cambio de propiedades que las estructuras experimentan durante el movimiento. Para simplificar el análisis y el diseño, las normas y códigos de ingeniería tienen métodos para estimar la respuesta inelástica usando procedimientos elásticos. Una de las simplificaciones empleadas en la norma peruana de diseño sismorresistente RNE E.030, es el cálculo de los desplazamientos inelásticos empleando un factor (α R) que multiplica al desplazamiento resultantes de un análisis elástico con solicitaciones sísmicas reducidas (por R). Ambos factores (αR y R) según E030 son independientes del periodo estructural; sin embargo de acuerdo a investigaciones realizadas en otros países esto no es así para la zona de periodos cortos. El objetivo de este trabajo es analizar el comportamiento de las estructuras inelásticas en la zona de periodos cortos con la finalidad de sugerir una relación entre el factor de reducción y el periodo estructural para curvas de ductilidad constante. Se emplearon 10 registros de la región para construir espectros de ductilidad constante (μ= 1.5 a 10). Con cada una de las estructuras correspondientes a estas ductilidades y en un rango de periodos de T=0 a T= 3 s se obtuvieron los factores de reducción de solicitaciones sísmicas. Luego se construyeron superficies de ajuste (μ, R y T). Con la finalidad de contribuir a la norma peruana se han asumido factores de sobrerresistencia (Ω=2.5) siguiendo las recomendaciones del ASCE7-16 y se hacen 2 sugerencias para la variación de R en periodos cortos. La primera considerando que para periodos cortos la aceleración espectral es una plataforma y no tiene caída hacia el PGA (versión actual E.030-2018); y la segunda considerando el cambio del espectro actual de la norma para incluir la caída hacia el PGA. Para estructuras de periodo corto, entre 0 y 0.25 s, los desplazamientos calculados con estructuras inelásticas de 1GLD son de 1.62 a 6.72 veces los estimados con la norma actual para estructuras de periodo corto. Si se actualizara la norma con la rampa creciente estos desplazamientos serían de 2 hasta 8.5 veces. Para estructuras de periodo largo, los desplazamientos calculados con estructuras inelásticas de 1GDL son 1.25 a 1.33 veces mayores a lo estimado con la norma actual. Se presenta como resultado una expresión de ajuste de resultados que permite construir espectros de ductilidad constante, precisando que las fuerzas sísmicas que se empleen en el diseño en ningún caso serían menores a las indicadas en la norma actual. Para mejorar la predicción de resultados de la norma se sugiere seguir estudiando la relación ya que se identificó que el valor α de la norma debería tomar el valor de 1 para estructuras con ductilidad demandada de 2 o menor y el valor de α=0.9 para estructuras con demandas de ductilidad mayor a 2. Los valores elegidos tienen una excedencia de sólo el 5% de los casos. En la zona de periodos cortos se sugiere continuar los estudios a una escala mayor para modificar el factor de reducción de acuerdo con la expresión propuesta en este trabajo y considerando una rampa creciente hasta el PGA. Con ello se podrá construir espectros de ductilidad constante, pero teniendo en consideración que las fuerzas sísmicas para el diseño no serían menores a los de emplear la plataforma horizontal de la norma actual.