Estudio del comportamiento inelástico de un sistema estructural sismo-resistente compuesto por arcos y vigas para edificaciones (2017)
El elemento estructural tipo arco presenta ventajas desde el punto de vista estético que podrían ser aprovechadas usándolo como un elemento estructural resistente en edificaciones. Actualmente no existen en la normativa nacional (NSR-10) lineamientos para este elemento como parte de un sistema sismo resistente. El objetivo de este trabajo es estudiar el uso de arcos parabólicos de acero estructural como elementos sismo-resistentes, por medio del estudio de su comportamiento inelástico para cargas verticales y horizontales, utilizando el procedimiento de análisis no lineal estático de plastificación progresiva (pushover). Se estudió inicialmente el comportamiento individual del arco para diferentes condiciones de carga, esbelteces y condiciones de indeterminación estática, identificando el mecanismo de falla, así como la relación entre la carga elástica de pandeo, la carga máxima inelástica y la diferencia en la respuesta inelástica por la forma de aplicación de las cargas verticales. Para modelar el comportamiento inelástico se utilizaron rótulas plásticas de interacción flexión-compresión definidas automáticamente por el programa de análisis SAP2000 con base en la norma ASCE 41-13; estas rótulas se distribuyeron a espacios regulares de la longitud del arco. Se encontró de manera general que el mecanismo de falla no se ve afectado por la forma de aplicación de la carga vertical, que éste es similar entre las diferentes configuraciones estudiadas, que la carga máxima resistente del arco está limitada por la capacidad inelástica del mismo y disminuye al reducirse el grado de indeterminación estática, y que las curvas de pushover mostraron un limitado trabajo inelástico representado en valores bajos de ductilidad (valores de R entre 1,5 y 3,0). Se estudió posteriormente un sistema estructural para una edificación, compuesto por vigas y columnas con conexiones no resistentes a momento y arcos parabólicos, para diferentes configuraciones en planta y en altura (variando el número de vanos y el número de niveles de la edificación y la indeterminación estática del arco). Se encontró que en este sistema se incrementa el valor de la carga máxima del arco individual, pero no cambia el mecanismo de falla; que el arco aporta una buena rigidez al sistema limitando los desplazamientos laterales, pero la ductilidad del sistema es menor a la del arco trabajando en forma individual (valores de R menores a 2,0). Como conclusión se encontró que los arcos parabólicos de acero estructural podrían ser utilizados dentro de un sistema sismo resistente, pero se requiere de análisis más extensos para poder definir sus límites de aplicación para diseño sísmico de edificaciones.