Análisis del coeficiente de capacidad de disipación de energía por medio de la metodología de diseño inelástico - Marín Cañón, Daniela; Huertas Rojas, Santiago Alberto; Gelves Kerguelen, Luis Enrique (Bogotá, 2022)
La capacidad de disipación de energía está definida como “la capacidad que tiene un sistema estructural, un elemento estructural, o una sección de un elemento estructural, de trabajar dentro del rango inelástico de respuesta sin perder su resistencia.” (Theran Cabello, 2011). Esta capacidad se cuantifica por medio de un coeficiente Ro. En el contexto colombiano la normativa sismo resistente (NSR-10) es la que se encarga de asignar unos valores a dicho coeficiente basados en los materiales y el sistema estructural con el objetivo de proteger la vida de las personas y al mismo tiempo asegurar que las estructuras soporten los movimientos sísmicos de diseño, disipando parte de la energía en forma de deformaciones inelásticas, sin generar daños significativos, salvaguardando el patrimonio. La determinación del coeficiente R0 es aún objeto de análisis e investigación pues no hay consenso en cuanto a los valores y la forma de calcularlos. Diferentes países han optado por asignar en sus códigos o normas valores que se consideran adecuados a las condiciones sísmicas de cada nación. En Colombia, los valores que se establecieron del coeficiente de disipación de energía Ro oscilan entre 1 y 8, valores que dependen del sistema estructural, sistema de resistencia sísmica (fuerzas horizontales) y el sistema de resistencia para cargas verticales. El Reglamento actual (NSR-10) da los valores para que los diseñadores estructurales realicen los cálculos, sabiendo que esos valores no son característicos de las estructuras a construir, es decir, son aproximaciones de valores que den rangos de seguridad, pero no son los valores reales de la capacidad con la que las edificaciones realizan la disipación de energía; son valores asumidos para poder cumplir con las deformaciones y se pueda salvaguardar tanto la vida como el patrimonio, pero “sin embargo, al final del diseño no es común, como debiera hacerse, comprobar cuál es la capacidad de disipación que la estructura diseñada está en capacidad de asumir.” (Murillo Rivas, 2017). Este trabajo tiene por objeto evaluar el coeficiente de disipación de energía asumido en el diseño con el obtenido a partir de un análisis estático no lineal y con el obtenido experimentalmente construyendo y ensayando una parte de la estructura, consistente en un pórtico plano de una edificación tridimensional. Estos ensayos se llevan a cabo en el laboratorio de materiales y estructuras del bloque H de la Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.

Energy dissipation capacity is defined as "the capacity of a structural system, structural element, or a section of a structural element, to work within the inelastic range of response without losing its strength" (Theran Cabello, 2011). This capacity is quantified by means of a Ro coefficient. In the Colombian context, the seismic resistant standard (NSR-10) oversees assigning values to this coefficient based on the materials and the structural system with the objective of protecting people's lives and at the same time ensuring that the structures withstand the seismic design movements, dissipating part of the energy in the form of inelastic deformations, without generating significant damage, safeguarding the heritage. The determination of the Ro coefficient is still the subject of analysis and research as there is no consensus as to the values and the way to calculate them. Different countries have chosen to assign in their codes or standards values that are considered adequate to the seismic conditions of each nation. In Colombia, the values established for the Ro energy dissipation coefficient range between 1 and 8, values that depend on the structural system, the seismic resistance system (horizontal forces) and the resistance system for vertical loads. The current Regulation (NSR-10) gives the values for structural designers to perform the calculations, knowing that these values are not characteristic of the structures to be built, i.e. they are approximations of values that give safety ranges, but they are not the real values of the capacity with which the buildings perform energy dissipation; they are values assumed to be able to comply with the deformations and to be able to safeguard both life and heritage, but "however, at the end of the design it is not common, as it should be done, to check what is the dissipation capacity that the designed structure is able to assume. " (Murillo Rivas, 2017). This work aims to evaluate the energy dissipation coefficient assumed in the design with the one obtained from a nonlinear static analysis and with the one obtained experimentally by building and testing a part of the structure, consisting of a flat portal frame of a three-dimensional building. These tests are carried out in the materials and structures laboratory of block H of the Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito.
CONTENIDO RESUMEN 5 ABSTRACT 6 1. INTRODUCCIÓN 7 2. OBJETIVOS 7 2.1. Objetivo general 7 2.2. Objetivos específicos 7 3. MARCO TEÓRICO 8 3.1. Diseño estructural según NSR-10 8 3.1.1. Solicitaciones en estructuras 8 3.1.2. Cargas 8 3.1.3. Coeficiente de disipación de energía R0. 9 3.2. Diseño elástico 9 3.2.1. Diseño estructural estático 9 3.2.2. Diseño estructural sísmico. 10 3.3. Análisis inelástico de secciones de concreto reforzado. 12 3.3.1. Modelos del acero de refuerzo. 12 3.3.2. Modelos del concreto confinado e inconfinado. 13 3.3.3. Diagrama momento-curvatura. 13 3.4. Curva de capacidad. 13 3.4.1. Pushover. 14 3.5. Coeficiente de capacidad de disipación de energía R. 14 3.5.1. Newmark y Hall. 14 3.5.2. ATC 17. 15 3.6. Comportamiento histerético. 15 4. ESTADO DEL ARTE 16 5. METODOLOGÍA Y DESARROLLO 17 5.1. Generalidades 17 5.1.1. Propiedades de los materiales 18 5.2. Modelación y diseño elástico 18 5.2.1. Cargas 18 5.2.2. Derivas 20 5.2.3. Coeficiente de disipación de energía 22 5.3. Pórtico representativo 23 5.3.1. Cargas 23 5.3.2. Diseño según la NSR-10 24 5.3.3. Ubicación de rotulas 25 5.3.4. Construcción 28 5.3.5. Ensayo experimental 28 5.4. Análisis inelástico 29 5.4.1. Curva de la demanda del pórtico y de la edificación dada por el espectro de diseño. 29 5.4.2. Curva de capacidad 29 5.4.3. Coeficiente de disipación de energía “R” 41 5.4.4. Resumen de resultados 49 6. ANALISIS 50 7. CONCLUSIONES 53 8. RECOMENDACIONES 54 BIBLIOGRAFÍA 55 ANEXOS: 56
Keywords: Energía; Energía - disipación; Estructuras; Energía; Energy; Energía - disipación; Energy - dissipation; Estructuras; Structures