UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Plan de Tesis
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ANÁLISIS NO LINEAL DE DISIPADOR HISTERÉTICO BRB EN ESTRUCTURA DE USO INDUSTRIAL PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO
TESIS Para optar el Título Profesional de: INGENIERO CIVIL
ANGEL VLADIMIR PAREDES PORTALES Lima- Perú
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PLAN DE TESIS TEMA
: ANÁLISIS NO LINEAL DE DISIPADOR HISTERÉTICO BRB EN ESTRUCTURA DE USO INDUSTRIAL PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO
BACHILLER
: ANGEL VLADIMIR PAREDES PORTALES
CÓDIGO
: 20114503F
ASESOR
: M.Sc. ROQUE SANCHEZ MEZA DPTO. ACAD. DE ESTRUCTURAS
ANTECEDENTES REFERENCIALES Los estudios de disipación de energía en estructuras se han focalizado en la caracterización mecánica de los elementos de disipación y de sus parámetros sísmicos, búsqueda de una metodología adecuada de diseño, y el análisis comparativo entre las diferentes alternativas de sistemas de disipación. En el año 2011, Carrasco analizó el comportamiento axial de arriostres de acero, determinando que para valores de relación de esbeltez mayor a 30 se obtiene comportamiento crítico de falla por pandeo. A pesar de la gran cantidad de investigaciones en la disipación pasiva de energía en estructuras, no se ha encontrado estudios respecto a las riostras de pandeo restringido en nuestro país. Según el manual ANSI/AISC 341-16 (2016), establece valores de ductilidad y derivas aceptables para el diseño de BRB, de tal manera que los daños se concentren en estos elementos. Se han desarrollado patentes de BRB, pero los derechos contemplan a los detalles de conexiones de sus elementos, más no al sistema en general. (Hussain et al, 2005). En el año 2011, Mayorga realizó una caracterización usando 4 probetas de BRB para determinar cualidades mecánicas ante fuerzas cíclicas. En el 2015, Peña y Medalla realizaron un diseño de una edificación con disipadores BRB, idealizando el comportamiento inelástico de la estructura y usando los estándares de diseño en Chile.
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En conclusión, se han realizado investigaciones en el diseño de disipadores BRB, pero son escazas en cantidad a nivel latinoamericano y nulo en el Perú. Estos estudios se han concentrado en usar el análisis no lineal en el diseño de estructuras con disipación BRB y la caracterización mecánica de una sección BRB. PLANTEAMIENTO SITUACIÓN PROBLEMÁTICA Nuestro país se encuentra localizado en una de las zonas de mayor ocurrencia de eventos sísmicos al nivel mundial, el Cinturón de Fuego del Pacífico, por lo cual el peligro ante la ocurrencia de sismos es alta, pudiendo significar pérdida de vidas humanas y cuantiosas pérdidas económicas por inhabilitación y/o colapso de estructuras. Ante esta problemática, se ha estado equipando sistemas de protección sísmica de estructuras en el Perú. Un número importante de avances para mejorar el desempeño en la respuesta sísmica y el control de daño en los edificios, puentes y otras estructuras han sido desarrolladas, y otras están por venir en el futuro cercano (Bozzo, 2002). El método de aislamiento sísmico es ampliamente usado en diversos lugares alrededor del mundo. Un sistema de aislamiento sísmico es típicamente ubicado en la cimentación de la estructura (Olariu et al, 2000). Los métodos de disipación pasivos se concentran en la incorporación de elementos a la superestructura que absorberán parte de la energía de entrada; para así, reducir la demanda de disipación de energía en los miembros principales de la superestructura y reducir el posible daño estructural (Popov y Gregorian, 1994). En la actualidad, se han desarrollado grandes esfuerzo en el desarrollo de sistemas de disipación de energía usando tecnología asequible, y un gran número de estos dispositivos se han instalado en estructuras de diversas partes del mundo (Bozzo, 2002; Whittaker, 2000). El desarrollo de patentes y fabricación de elementos de protección sísmica en nuestro país es un punto de investigación que ha tenido gran interés en los últimos años; por ahora, la gran mayoría de los sistemas de disipación de energía utilizados en nuestro país son importados, lo cual acrecenta los costos de implementación. Los sistemas de disipación pasiva son significativamente más económicos el aislamiento en la base (Bozzo, 2013). Un tipo de disipación pasiva consiste en los sistemas de arrostramiento lateral. El valor de relación de esbeltez crítico para evitar pandeo en riostras
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de acero es aproximadamente 30 (Carrasco, 2011); sin embargo, los sistemas BRB, al restringir el pandeo permiten valores mayores. Los disipadores metálicos histeréticos presentan ventajas en instalación, al no requerir mano de obra especializada y bajo costo (Oviedo y Del Pilar, 2009), en comparación a otros sistemas de disipación pasiva. Entre los diferentes tipos de riostras, el sistema de Riostras de Pandeo Restringido o BRB (Buckling Restrained Braces), presentan un desempeño sísmico superior en comparación a los sistemas arriostrados existentes, debido a la eliminación del pandeo en compresión. De lo anterior los sistemas BRB tienen menores requerimientos de diseño en fundación y conexiones que sistemas similares (Snoonian, 2005). Sin embargo, y pese a la ventaja económica del sistema BRB, no se han realizado estudios para la adecuación de las metodologías de diseño existentes en el mundo a las condiciones del Perú, tampoco se han desarrollado patentes de diseño del sistema BRB en el Perú. La presente investigación desarrollará el análisis y diseño de una estructura con sistemas de disipación BRB, el cual servirá de precedente para futuras investigaciones en el tema. DEFINICIÓN DE OBJETIVOS: -
Objetivo General: Analizar y diseñar una estructura de uso industrial con disipadores histeréticos BRB a fin de mejorar el desempeño estructural ante un evento sísmico severo, teniendo como base características mecánicas del sistema, ductibilidad, comportamiento histerético y modo de falla.
-
Objetivos Específicos:
Formular opciones de estructuración y disposición de los disipadores BRB en la edificación.
Proponer opciones de dimensionamiento de BRB, teniendo en cuenta otros estudios y demanda de la estructura.
Análisis no lineal tiempo-historia utilizando espectros de diseño según norma E.030.
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FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS: La incorporación del sistema BRB mejora el desempeño de la estructura ante un evento sísmico, asegurando la falla concentrada en el disipador. Este sistema implica el uso de menor tecnología en comparación a otros sistemas de protección sísmica y puede ser fácilmente aplicable a las edificaciones de nuestro país.
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FUENTES BIBLIOGRÁFICAS:
American Institute of Steel Construction, “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”, An American National Standar, AN SI/AISC 341-16, 2010.
Bozzo, L. “Análisis y Diseño de Estructuras Equipadas con Disipadores de Energía SLB”, Artículo Publicado por el Instituto de la construcción y Gerencia, 2002.
Bozzo, L., Barbat, H., “Diseño Sismorresistente de Estructuras”, Fondo Editorial del
Instituto de la Construcción y Gerencia. Lima – Perú, 2002.
Carrasco, L. “Comportamiento Axial de Arriostres de Acero ”, Tesis para optar el título profesional de Magíster en Ciencias con mención en Ingeniería Estructural, UNI, Lima – Perú, 2011
Hussain, S. Benschoten, P., Satari, M. “Buckling Restrained Braced Frames (BRBF)
Structures: Analysis, Design and Approvals Issues”. Proceedings of the 75 th SEAOC Annual Convention. Long Beach: Coffman Engineering, 2005.
Mayorga, C., “Caracterización Mecánica y Modelamiento Estructural de un Disipador
Pasivo de Energía de Tipo Arriostramiento de P andeo Restringido”, Tesis para optar al título de Magister en Estructuras, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, Unidad de Posgrado de Estructuras Bogotá, Colombia, 2011.
Olariu, I., Olariu, F., Sarbu, D. “Base Isolation Versus Energy Dissipation fo r Seismic
Retrofitting of Existing Structures”, 12 th World Conference on Earthquake Engineering. Auckland. New Zealand, 2000.
Oviedo, J. Del Pilar, M. , “Disipadores Histeréticos Metálicos como Técnica de Control de Respuesta Sísmica en Edificaciones Colomb ianas” Revista EIA, ISSN 1794-1237 Número 11, pp. 51-63. 2009.
Popov, E., Grigorian, C. “Seismic Study of Building Frames with Added Energy Absorbing Devices”, National Center for Earthquake Engineering Research Center,
College of Engineering, University of California at Berkeley. USA, 1994.
Snoonian, D. " Tech Briefs”, 2005.
Villarreal, G., Oviedo, R., “Edificaciones con Disipadores de Energía”, Libro Premio
Nacional ANR, ANR, 2008.
Withtaker, A. “Seismic Protecting Systems”, Earthquake Engineering and Structural
Dynamics, University at Buffalo. USA, 2000.
