Estimación del factor de reducción de fuerza sísmica para sistemas estructurales duales de edificaciones esenciales categoría A2

Abstract

Las normas sísmicas emplean un factor de reducción de la fuerza sísmica (R) para ajustar los espectros de diseño elásticos a inelásticos, crucial para indicar la demanda de ductilidad y determinar la fuerza cortante basal de diseño. Las estructuras esenciales de categoría “A2”, como hospitales, centros educativos y cuarteles, deben mantener su funcionalidad tras un sismo significativo. En zonas sísmicas Z4, Z3 y Z2, estas estructuras, de baja altura y con periodos menores a 0.5s, utilizan sistemas duales con un factor R=7 (MVCS, 2018). Sin embargo, estas edificaciones, aunque rígidas y de baja ductilidad, tienen un factor de reducción sísmica elevado. Este estudio busca estimar el factor R para estructuras esenciales “A2” y asociar estos factores a niveles de ductilidad. Para ello, se evaluaron 74 estructuras regulares con derivas menores a 0.007 y fuerzas cortantes en muros entre 20% y 80% de la cortante basal. El factor de reducción por ductilidad para sistemas de un grado de libertad (Rμ1GDL) se calculó usando el modelo de histéresis gamma (Lestuzzi & Badoux, 2003). Factores RΩ y RY se obtuvieron mediante análisis estáticos no lineales (Pushover), y los factores RμVGDL se determinaron con análisis no lineales tiempo historia. El diseño en concreto armado y los análisis no lineales se realizaron en el software Opensees v2.5.0, y Matlab R2017b se usó para la demanda sísmica. Los resultados indican que el factor R para sistemas estructurales duales de edificaciones esenciales categoría A2, con periodos de 0.12s a 0.34s y ductilidades de 2 a 4, varía entre R=1.10 y R=2.11, sugiriendo que deben diseñarse para fuerzas sísmicas mayores a las requeridas actualmente.

Seismic standards employ a seismic force reduction factor (R) to adjust elastic to inelastic design spectra, crucial for indicating ductility demand and determining the design basal shear force. Essential structures of category “A2”, such as hospitals, educational centers and barracks, must maintain their functionality after a significant earthquake. In seismic zones Z4, Z3 and Z2, these structures, of low height and with periods less than 0.5s, use dual systems with a factor R=7 (MVCS, 2018). However, these buildings, although rigid and low ductility, have a high seismic reduction factor. This study seeks to estimate the R factor for essential structures “A2” and associate these factors with ductility levels. For this, 74 regular structures were evaluated with drifts less than 0.007 and shear forces in walls between 20% and 80% of the basal shear. The ductility reduction factor for one degree of freedom systems (Rμ1GDL) was calculated using the gamma hysteresis model (Lestuzzi & Badoux, 2003). RΩ and RY factors were obtained through nonlinear static analysis (Pushover), and RμVGDL factors were determined with nonlinear time history analysis. The reinforced concrete design and nonlinear analyzes were performed in Opensees v2.5.0 software, and Matlab R2017b was used for the seismic demand. The results indicate that the R factor for dual structural systems of essential buildings category A2, with periods of 0.12s to 0.34s and ductilities of 2 to 4, varies between R=1.10 and R=2.11, suggesting that they should be designed for seismic forces greater than the currently required.