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Torsión accidental en edificaciones regulares

Detalles del Proyecto

  • Autor

    Guillermo Antonio González Velasco

Director 

Juan C. Reyes. Phd. 

 

Descripción

En teoría, las estructuras regulares no deberían sufrir efectos torsionales dada su simetría. Sin embargo, evidencia registrada de múltiples edificaciones regulares nos demuestran que se tiende a experimentar torsiones importantes alrededor del eje vertical, las cuales se denominan torsiones accidentales. Este inesperado comportamiento se debe principalmente a irregularidades no percibidas en la distribución de masa y rigidez, y a la componente torsional del movimiento sísmico, la cual comúnmente se no se considera en el diseño de estructuras. En el diseño estructural, este fenómeno se ha representado aproximadamente desplazando el centro de masa con respecto al centroide de las placas o asignando momentos torsionales a los diafragmas de la estructura.

Objetivos

Usando estructuras instrumentadas y simulaciones numéricas, determinar si la excentricidad del 5% representa adecuadamente los efectos de la torsión accidental.
Objetivos específicos:
• Recopilar los planos estructurales de las 76 edificaciones analizadas.
• Realizar modelos computacionales de las 76 estructuras por medio de ETABS. Adicionalmente, calibrar dichos modelos por medio de los periodos de los primeros 3 modos de vibración obtenidos a partir de los datos empíricos.
• Obtener una correlación empírica entre la excentricidad accidental y el incremento de los desplazamientos en los bordes de placa de una estructura por medio de análisis estáticos y dinámicos.
• Variar la distribución de masa y rigidez para ver como esto influencia la respuesta estructural frente a la torsión accidental.
• Entrenar un algoritmo de inteligencia artificial para generalizar los resultados de la investigación a otros casos no analizados.
• Analizar los resultados obtenidos considerando el tipo de análisis (estático o dinámico) y las variables estructurales relevantes como relación de frecuencias (rotacional y traslacional), número de pisos, sistema estructural, etc. para concluir sobre el valor de excentricidad que representa adecuadamente el fenómeno de torsión accidental.

El Problema

La norma sismorresistente de Colombia, así como otras normativas de construcción, aproximan la torsión accidental por medio de la aplicación de momentos torsores alrededor del centro de masa de las placas o desplazando este centro de masa un 5% de la dimensión perpendicular a la entrada de la fuerza sísmica. Sin embargo, esta aproximación no ha sido validada extensivamente, ni comparada con evidencia real. Newmark (1969) concluyó teóricamente que la aproximación del 5% puede excederse en estructuras con frecuencias de vibración superiores a 1 Hertz. Por otra parte, Chopra y De la Llera (2015) propusieron un método para considerar los efectos de la torsión accidental en el análisis y diseño estructural sin usar excentricidades y considerando las fuentes del fenómeno: movimientos rotacionales en la cimentación, incertidumbre en la rigidez de los elementos estructurales, incertidumbre en la localización del centro de masa e incertidumbre en la distribución de masa y rigidez. Esto con el fin de determinar el incremento en los desplazamientos generados por la torsión accidental, con el fin de amplificar las fuerzas de diseño de los elementos estructurales. Sin embargo, a pesar de lo anterior, se sigue usando el método de la excentricidad accidental del 5% hasta el día de hoy.
Considerando estos antecedentes, surge la siguiente pregunta: ¿la excentricidad del 5% permite hacer una buena representación de la torsión accidental en una estructura? ¿hace falta mayores consideraciones para definir estas excentricidades con el fin de no subestimar o sobreestimar la torsión accidental en el análisis y diseño estructural?

Representación del efecto de la torsión accidental en el incremento de los desplazamientos en los bordes de placa

Ejemplo de los modos de vibración registrados para la estación 13364

Ejemplo de desplazamientos registrados en el borde de las placas (estación 13364) para cada dirección y el incremento en los dichos desplazamientos ocasionado por la torsión accidental

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