Part I : response of reinforced concrete buldings in Concepción during the Maule earthquake ; Part II : self-centering frictional damper.
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Date
2011
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Abstract
El terremoto del 27 de febrero, de magnitud Mw=8.8, ocurrido en Chile, afectó aproximadamente a 13 millones de personas y a la parte más industrializada del país, dejando al descubierto todo tipo de problemas y fortalezas de las estructuras. Se presentan observaciones detalladas para nueve edificios severamente dañados de la región de Concepción. Estos edificios utilizan, en general, una configuración en base a muros de corte. Aunque menos del 1% de los edificios de media altura en Chile que fueron expuestos mostraban daños de gravedad, se mostraron patrones repetitivos ocurridos en estructuras y lugares diferentes, lo que implica que hay espacio para mejoras en la norma sísmica y sus recomendaciones. El carácter repetitivo de algunos años indica que estas observaciones pueden ser aplicables a edificios similares en otros lugares, mientras que otros daños pueden ser únicos.
Bastantes muros de corte experimentaron fallas que aparentemente empezaron en los extremos debido a la alta compresión en estos bordes no confinados, haciendo que la falla se propagara al resto del muro. Otros muros experimentaron fallas debido al corte. El daño también se observó en columnas, vigas y losas de acoplamiento. En la mayoría de los casos, el porcentaje de elementos dañados fue inferior al diez por ciento de los elementos fuerza resistente del edificio, lo que sugiere que estas estructuras no fueron capaces de distribuir los daños. Se calculan varios índices, incluyendo los períodos de vibración y los índices de regularidad. Los daños en los muros de corte fueron frágiles, ocurrieron en estructuras relativamente nuevas de hormigón armado apoyadas en suelos blandos con algún grado de irregularidad vertical y/o de planta. Se deduce comportamiento no dúctil ya que no hay evidencia de daño extendido en la estructura y también del hecho que existen configuraciones estructurales muy similares que no mostraron ningún daño.
Esta investigación propone y estudia un nuevo dispositivo de disipación de energía, el Amortiguador Friccional Auto-Centrante (SCFD por sus siglas en ingles). Este dispositivo está destinado para uso general en aplicaciones sísmicas y en particular para mejorar el rendimiento de los edificios altos y estructuras especiales sometidas a terremotos. Su característica auto-centrante y la posibilidad de obtener comportamientos de histéresis diferentes (similar al amortiguador EDR) lo hace un dispositivo de sumo interés para el diseño sísmico. Se propone un modelo matemático inicial para entender el comportamiento del SCFD y para caracterizar las variables importantes involucradas en el proceso de diseño. Por otra parte, se estudiaron diferentes configuraciones posibles del dispositivo que resultarían en el mismo comportamiento. La configuración final usada dependerá de la aplicación final y de la capacidad necesaria para cada SCFD específico. Por otro lado, se llevó a cabo una variación de las variables importantes para analizar sus efectos sobre el comportamiento histerético. Se calcularon las condiciones que deben cumplirse para obtener un comportamiento auto-centrante. Además, se realizaron pruebas de laboratorio para obtener coeficientes de fricción, rigideces de resortes de compresión y curvas tensión-deformación para probetas de goma. Estas pruebas se utilizaron para diseñar adecuadamente un prototipo preliminar del amortiguador. Finalmente, para probar las ecuaciones iniciales, un dispositivo a gran escala de 12tonf se diseñó, fabricó y probó en laboratorio. Los resultados teóricos y experimentales para el SCFD a real escala mostraron una concordancia excelente, lo cual confirmó el comportamiento simple y predecible del dispositivo.El terremoto del 27 de febrero, de magnitud Mw=8.8, ocurrido en Chile, afectó aproximadamente a 13 millones de personas y a la parte más industrializada del país, dejando al descubierto todo tipo de problemas y fortalezas de las estructuras. Se presentan observaciones detalladas para nueve edificios severamente dañados de la región de Concepción. Estos edificios utilizan, en general, una configuración en base a muros de corte. Aunque menos del 1% de los edificios de media altura en Chile que fueron expuestos mostraban daños de gravedad, se mostraron patrones repetitivos ocurridos en estructuras y lugares diferentes, lo que implica que hay espacio para mejoras en la norma sísmica y sus recomendaciones. El carácter repetitivo de algunos años indica que estas observaciones pueden ser aplicables a edificios similares en otros lugares, mientras que otros daños pueden ser únicos.
Bastantes muros de corte experimentaron fallas que aparentemente empezaron en los extremos debido a la alta compresión en estos bordes no confinados, haciendo que la falla se propagara al resto del muro. Otros muros experimentaron fallas debido al corte. El daño también se observó en columnas, vigas y losas de acoplamiento. En la mayoría de los casos, el porcentaje de elementos dañados fue inferior al diez por ciento de los elementos fuerza resistente del edificio, lo que sugiere que estas estructuras no fueron capaces de distribuir los daños. Se calculan varios índices, incluyendo los períodos de vibración y los índices de regularidad. Los daños en los muros de corte fueron frágiles, ocurrieron en estructuras relativamente nuevas de hormigón armado apoyadas en suelos blandos con algún grado de irregularidad vertical y/o de planta. Se deduce comportamiento no dúctil ya que no hay evidencia de daño extendido en la estructura y también del hecho que existen configuraciones estructurales muy similares que no mostraron ningún daño.
Esta investigación propone y estudia un nuevo dispositivo de disipación de energía, el Amortiguador Friccional Auto-Centrante (SCFD por sus siglas en ingles). Este dispositivo está destinado para uso general en aplicaciones sísmicas y en particular para mejorar el rendimiento de los edificios altos y estructuras especiales sometidas a terremotos. Su característica auto-centrante y la posibilidad de obtener comportamientos de histéresis diferentes (similar al amortiguador EDR) lo hace un dispositivo de sumo interés para el diseño sísmico. Se propone un modelo matemático inicial para entender el comportamiento del SCFD y para caracterizar las variables importantes involucradas en el proceso de diseño. Por otra parte, se estudiaron diferentes configuraciones posibles del dispositivo que resultarían en el mismo comportamiento. La configuración final usada dependerá de la aplicación final y de la capacidad necesaria para cada SCFD específico. Por otro lado, se llevó a cabo una variación de las variables importantes para analizar sus efectos sobre el comportamiento histerético. Se calcularon las condiciones que deben cumplirse para obtener un comportamiento auto-centrante. Además, se realizaron pruebas de laboratorio para obtener coeficientes de fricción, rigideces de resortes de compresión y curvas tensión-deformación para probetas de goma. Estas pruebas se utilizaron para diseñar adecuadamente un prototipo preliminar del amortiguador. Finalmente, para probar las ecuaciones iniciales, un dispositivo a gran escala de 12tonf se diseñó, fabricó y probó en laboratorio. Los resultados teóricos y experimentales para el SCFD a real escala mostraron una concordancia excelente, lo cual confirmó el comportamiento simple y predecible del dispositivo.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011