Análisis del factor de reducción R en estructuras de hormigón armado con aislamiento sísmico (LRB)

Abstract

El presente trabajo de título consiste en estudiar la viabilidad técnica del uso de factores de reducción de la respuesta sísmica mayores a uno (R > 1) en estructuras de hormigón armado con aislamiento sísmico en la base. La motivación de este estudio radica en la práctica habitual de diseñar estas estructuras con valores cercanos a 1 con el fin de mantener la superestructura en un rango esencialmente elástico, lo que podría generar estructuras sobredimensionadas y, en consecuencia, mayores costos constructivos (Wang2024). Este trabajo busca evaluar si es posible utilizar factores de reducción mayores sin comprometer la seguridad ni el desempeño sísmico esperado. Particularmente, se define una tipología representativa de un edificio regular de hormigón armado, la cual se diseña repetidamente variando el valor del factor de reducción R, manteniendo en todos los casos un sistema de aislación sísmica basado en aisladores de goma con núcleo de plomo en la base (LRB). Los modelos se desarrollan en el software SAP2000 considerando combinaciones de carga y exigencias normativas establecidas en los códigos ASCE 7-22 y ACI 318-19. Este proceso permite evaluar las diferencias en diseño derivadas de esta variación. El trabajo se complementa con la construcción de modelos numéricos no lineales en el software OpenSees, los cuales permiten representar el comportamiento dinámico del sistema diseñado bajo solicitaciones sísmicas. Estos modelos se emplean para ejecutar análisis dinámicos no lineales con registros sísmicos, cuyos resultados se analizan y comparan con el objetivo de cuantificar la incursión no lineal de la superestructura para cada valor del factor de reducción utilizado, determinando así los rangos admisibles en los que es viable aplicar R > 1 en estructuras con aislamiento sísmico.

This thesis focuses on studying the technical feasibility of using seismic response modification factors greater than one (R > 1) in reinforced concrete structures with base isolation. The motivation for this study arises from the common practice of designing these structures with values close to 1 in order to keep the superstructure essentially elastic, which can lead to oversized designs and, consequently, increased construction costs (Wang et al., 2024). This work aims to evaluate whether it is possible to use higher reduction factors without compromising safety or the expected seismic performance. In particular, a representative typology of a regular reinforced concrete building is defined and repeatedly designed while varying the value of the response modification factor R, keeping in all cases a base isolation system composed of lead-rubber bearings (LRB). The models are developed using SAP2000, considering load combinations and design requirements established in ASCE 7-22 and ACI 318-19. This process makes it possible to evaluate the design differences derived from these variations. The study is complemented by the development of nonlinear numerical models in OpenSees, which allow the dynamic behavior of the designed system under seismic excitations to be represented. These models are then used to perform nonlinear dynamic analyses with selected earthquake records. The resulting responses are analyzed and compared to quantify the nonlinear demand of the superstructure for each response modification factor considered, thereby identifying the admissible ranges in which applying R > 1 remains feasible in base-isolated structures.