estimación de respuesta sísmica no-lineal en edificios de hormigón armado

368 Pages·2008·15.29 MB·Spanish

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERIA

ESTIMACIÓN DE RESPUESTA SÍSMICA
NO-LINEAL EN EDIFICIOS DE HORMIGÓN
ARMADO: VARIABILIDAD DE PARÁMETROS
DE MODELACIÓN Y SU INFLUENCIA EN LA
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO
ESTRUCTURAL
JOSÉ LUIS QUIROGA ELÍAS
Tesis para optar al grado de
Magíster en Ciencias de la Ingeniería
Profesor Supervisor:
RAFAEL RIDDELL CARVAJAL
Santiago de Chile, Marzo, 2008
© 2008, José Luis Quiroga Elías
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE
ESCUELA DE INGENIERIA
ESTIMACIÓN DE RESPUESTA SÍSMICA
NO-LINEAL EN EDIFICIOS DE HORMIGÓN
ARMADO: VARIABILIDAD DE PARÁMETROS
DE MODELACIÓN Y SU INFLUENCIA EN LA

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO
ESTRUCTURAL
JOSÉ LUIS QUIROGA ELÍAS
Tesis presentada a la Comisión integrada por los profesores:

RAFAEL RIDDELL C.
RODRIGO JORDÁN S-M.
HUGO BOBADILLA P.
JOSÉ FRANCISCO MUÑOZ P.

Para completar las exigencias del grado de
Magíster en Ciencias de la Ingeniería
Santiago de Chile, Marzo, 2008
“En ausencia de cualquier otra prueba, simplemente el pulgar me
convencería de la existencia de Dios”
Sir Isaac Newton

A mi Padre, mi Madre y Hermanos

ii
AGRADECIMIENTOS

Deseo agradecer a mis padres por su enseñanza, apoyo y eterno sacrificio antes y
durante la elaboración de éste trabajo.
Al Profesor Rafael Riddell, por sus observaciones y sugerencias que han servido de guía
en ésta investigación.
Al Ingeniero Hugo Bobadilla por su tiempo y comentarios durante la revisión del
documento.
Al Ingeniero Raúl Álvarez, quien ha sido un apoyo fundamental durante los años desde
mi llegada a Chile, de manera profesional y con su valiosa amistad en las etapas más
difíciles.
Al Profesor Carl Lüders, por sus enseñanzas en clases y en el Laboratorio de Ingeniería
Estructural, así como su gentileza para atender consultas.
A Don Manuel Rabelo, por su calidez y hacer del Laboratorio un hogar lejos de casa.
A mi colega y amigo Mauricio Prudencio, por su invaluable apoyo en la primera etapa
de mis estudios.
Finalmente deseo agradecer a mis profesores, colegas y amigos, de quienes de una u otra
manera he recibido apoyo durante mis estudios y desarrollo de esta investigación.

iii
ÍNDICE GENERAL
Pág.

DEDICATORIA………………………………………………………………….... ii
AGRADECIMIENTOS…………………………………………………………… iii
ÍNDICE GENERAL………………………………………………………………. iv
ÍNDICE DE TABLAS……………………………………………………………... x
ÍNDICE DE FIGURAS…………………………………………………………… xiii
RESUMEN………………………………………………………………………… xxi
ABSTRACT……………………………………………………………………….. xxii

1 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………... 1

2 OBJETIVOS………………………………………………………………… 4

3 SOFTWARE Y MODELOS DE HISTÉRESIS USADOS………………. 6
3.1 Programa Canny C02………………………………………………….. 6
3.2 Modelos de Histéresis Uniaxiales……………………………………... 7
3.2.1 Modelo de Clough Modificado CL2…………………………. 8
3.2.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2……………………………... 9
3.2.3 Modelo Cross-Peak trilineal CP3…………………………….. 11
3.2.4 Modelo Cross-Peak trilineal con Pinching CP7……………… 14
3.2.5 Modelo Origin-Oriented OO3……………………………….. 15
3.2.6 Modelo Canny Sofisticado CA7……………………………… 16
3.2.7 Modelo Rigidez Axial AS2…………………………………… 19
3.3 Modelos de Histéresis Multiaxiales…………………………………… 21
3.3.1 Modelo de concreto CS3……………………………………… 21
3.3.2 Modelo de Acero SS3………………………………………… 27

iv
4 ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE REFERENCIA…………………... 31
4.1 Segmento de edificio de Muros de 7 pisos del NEES-UCSD………….. 31
4.2 Marco de Gulkan y Sozen………………………………………………. 35
4.3 Muro de H.A. de Ledezma……………………………………………… 36

5 ANÁLISIS Y METODOLOGÍA…………………………………………… 37
5.1 Parámetros Generales de Modelación…………………………………... 37
5.1.1 Rigidez……………………………………………………….. 37
5.1.2 Resistencia…………………………………………………… 38
5.1.3 Amortiguamiento…………………………………………….. 39
5.1.4 Vinculación…………………………………………………... 40
5.2 Metodología de Estudio………………………………………………….. 41
5.2.1 Modelo de Clough modificado CL2…………………………... 41
5.2.2 Modelo Cross-Peak CP2………………………………………. 43
5.2.3 Modelo Cross-Peak CP3………………………………………. 43
5.2.4 Modelo Cross-Peak CP7………………………………………. 44
5.2.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………. 44
5.3 Parámetros de Error en la Evaluación del Desempeño………………….. 45
5.3.1 Raíz del Error Cuadrático Medio RECM……………………... 46
5.3.2 Índice de Buen Ajuste IBA……………………………………. 47
5.3.3 Error de Área de Histéresis EAH……………………………… 48
5.4 Modelación segmento de Edificio de Muros de 7 Pisos del NEES-UCSD 49
5.4.1 Modelo Estructural……………………………………………. 49
5.4.2 Datos de los Materiales………………………………………... 53
5.4.3 Registros de Aceleraciones……………………………………. 55
5.4.4 Propiedades de las Secciones…………………………………. 61
5.4.5 Periodos y Modos de Vibración………………………………. 67
5.5 Modelación Marco de Gulkan y Sozen…………………………………... 68
5.6 Modelación Muro de H.A. de Ledezma…………………………………. 71
v
6 ANÁLISIS Y RESULTADOS SEGMENTO DE EDIFICIO NEES-UCSD 74
6.1 Modelo de Clough modificado CL2……………………………………... 75
6.1.1 Variación de parámetro de rigidez de descarga γ……………... 75
6.1.2 Variación de la rigidez previa a la fluencia…………………… 87
6.1.3 Variación de la razón de rigidez post-fluencia β……………… 98
6.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2…………………………………………. 107
6.2.1 Variación de la razón de rigidez post-fluencia β……………… 107
6.2.2 Variación de la rigidez de descarga ciclos interiores χ……….. 117
6.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3………………………………………… 126
6.3.1 Variación de la razón de rigidez post-agrietamiento α………… 126
6.3.2 Variación de la Rigidez inicial EIo……………………………. 139
6.3.3 Variación de la rigidez de descarga de ciclos interiores χ……... 145
6.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7………………………….. 154
6.4.1 Variación del parámetro de Pinching λ………………………… 154
6.4.2 Variación del parámetro de descarga ciclos interiores χ………. 164
6.5 Modelo Canny Sofisticado CA7…………………………………………. 174
6.5.1 Variación del parámetro de rigidez de descarga θ……………... 174
6.5.2 Variación de los parámetros ε y λs (pinching) para λu=0.10…... 184
6.5.3 Variación de los parámetros ε y λs (pinching) para λu=0.50…... 191
6.5.4 Variación de los parámetros ε y λs (pinching) para λu=0.70…... 197
6.6 Modelos Origin-Oriented OO3 y Rigidez Axial AS2…………………… 203
6.6.1 Variación del parámetro de compresión γ……………………... 203
6.7 Modelos Multi-resorte o Multi-spring MS………………………………. 213
6.7.1 Variación de los parámetros γ y θ para modelo SS3…………... 214
6.7.2 Variación de los parámetros Ft y τ para modelo CS3………….. 224
6.8 Análisis de la Variación de Amortiguamiento…………………………… 230
6.8.1 Variación de la razón de amortiguamiento ξ…………………... 230
6.8.2 Variación de la matriz de amortiguamiento [C]……………….. 240
vi
7 ANÁLISIS Y RESULTADOS MARCO DE GULKAN Y SOZEN……… 249
7.1 Modelo de Clough modificado CL2…………………………………….. 249
7.1.1 Variación de la rigidez previa a la fluencia…………………… 249
7.1.2 Variación del parámetro γ (rigidez descarga) …….................... 251
7.1.3 Variación de la rigidez post-fluencia β………………………... 252
7.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2………………………………………… 253
7.2.1 Variación de parámetro de rigidez de descarga ciclos int. χ….. 253
7.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3………………………………………… 255
7.3.1 Variación de la razón de rigidez post-agrietamiento α………… 255
7.3.2 Variación del parámetro rigidez de descarga de ciclos int. χ…... 257
7.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7…………………………... 259
7.4.1 Variación del parámetro χ y parámetro de Pinching λ…………. 259
7.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………………….. 261
7.5.1 Variación del parámetro de rigidez de descarga θ……………... 261
7.5.2 Variación del parámetro λu (deterioro resistencia)……………. 262
7.5.3 Variación de los parámetros ε y λs (pinching)………………… 264
7.6 Modelos Multi-resorte o Multi-spring MS………………………………. 267
7.6.1 Variación de los parámetros γ y θ para modelo SS3…………... 267
7.6.2 Variación del parámetro β (post-fluencia modelo acero SS3)…. 269
7.6.3 Variación del parámetro κ (modelo acero SS3)……………….. 271
7.6.4 Variación de los parámetros Ft y τ modelo hormigón CS3…… 272

8 ANÁLISIS Y RESULTADOS MURO DE H.A. DE LEDEZMA……….. 275
8.1 Modelo de Clough modificado CL2…………………………………….. 275
8.1.1 Variación de la rigidez previa a la fluencia…………………… 275
8.1.2 Variación del parámetro γ (rigidez descarga)…………………. 277
8.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2…………………………………………. 278
8.2.1 Variación de parámetro de rigidez de descarga ciclos int. χ…... 278
vii
8.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3………………………………………… 280
8.3.1 Variación de la razón de rigidez post-agrietamiento α………… 280
8.3.2 Variación del parámetro rigidez de descarga de ciclos int. χ….. 281
8.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7………………………….. 283
8.4.1 Variación del parámetro χ (descarga ciclos interiores)………… 283
8.4.2 Variación del parámetro de Pinching λ………………………… 285
8.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………………….. 287
8.5.1 Variación del parámetro de rigidez de descarga θ……………... 287
8.5.2 Variación del parámetro λu (deterioro resistencia)……………. 289
8.5.3 Variación de los parámetros ε y λs (pinching)………………… 291

9 RESUMEN DE RESULTADOS……………………………………………. 294
9.1 SEGMENTO DE EDIFICIO NEES-UCSD……………………………... 294
9.1.1 Modelo de Clough Modificado CL2………………………….. 294
9.1.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2……………………………… 295
9.1.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3……………………………… 296
9.1.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7………………. 298
9.1.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………. 299
9.1.6 Modelos Origin-Oriented OO3 y Rigidez Axial AS2………… 300
9.1.7 Modelos Multi-resorte o Multi-spring MS……………………. 301
9.1.8 Análisis de la Variación de Amortiguamiento………………… 302
9.2 MARCO DE GULKAN Y SOZEN……………………………………… 303
9.2.1 Modelo de Clough Modificado CL2…………………………... 303
9.2.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2……………………………… 304
9.2.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3……………………………… 305
9.2.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7……………….. 306
9.2.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………. 306
9.2.6 Modelos Multi-resorte o Multi-spring MS……………………. 307
9.3 MURO DE H.A. DE LEDEZMA………………………………………... 309
viii
9.3.1 Modelo de Clough Modificado CL2…………………………... 309
9.3.2 Modelo Cross-Peak bilineal CP2……………………………… 310
9.3.3 Modelo Cross-peak trilineal CP3……………………………… 310
9.3.4 Modelo Cross-peak trilineal con Pinching CP7……………….. 311
9.3.5 Modelo Canny Sofisticado CA7………………………………. 312

10 CONCLUSIONES…………………………………………………………. 314

REFERENCIAS…………………………………………………………………… 318

ANEXOS…………………………………………………………………………… 325

ANEXO A: Aclaración modelos tipo Cross-Peak (CP2, CP3 y CP7)………….. 326

ANEXO B: Planos segmento de edificio de muros de 7 pisos del NEES-UCSD. 328

ANEXO C: Aclaración programa CANNY……………………………………… 343

ix