Efecto de la componente friccional en las aceleraciones y rotaciones de piso ante el impacto entre edificios con aislación sísmica y muros de contención

Abstract

El presente estudio evalúa el efecto de la componente friccional en las rotaciones de piso de una superestructura con aislación sísmica ante impactos contra muros de contención. El estudio desarrollado se debe a la principal implicancia de posibles daños en la superestructura ante este tipo de impactos, con el objetivo de cuantificar su influencia en la respuesta rotacional al incorporar efectos de fricción y direccionalidad sísmica en el sistema. De esta forma, se establece la modelación tridimensional de una superestructura con aislación sísmica en su base mediante la plataforma OpenSees, incorporando muros de contención con comportamiento no lineal e infinitamente rígido. El sistema es sometido a una serie de registros sísmicos bidireccionales y ángulos de incidencia sísmica, definidos según el parámetro indicador RotD100. Con tal de capturar las fuerzas resultantes ante estos eventos de impacto, se aplica el modelo de HertzDamp y la Ley de Coulomb para obtener las fuerzas de impacto normales y tangenciales, respectivamente. Se proponen parámetros de demanda, los cuales permiten cuantificar las rotaciones de las plantas del edificio a través de la utilización de derivas entrepiso y aceleraciones absolutas, las cuales desagregan el aporte de rotación a través de dos métodos de cuantificación de respuesta. Los resultados indicados permiten el análisis de la influencia en la respuesta estructural al incorporar el efecto friccional ante potenciales eventos de impacto en estructuras con aislación sísmica, mediante la comparación con casos de impactos sin considerar la componente friccional. Además, se evalúa el efecto del comportamiento del muro de contención y la direccionalidad sísmica en la respuesta estructural ante impactos considerando fricción.

The present study evaluates the effect of the frictional component on the floor rotations of a seismically isolated superstructure subjected to impacts against retaining walls. This research is motivated by the potential damage that such impacts may induce in the superstructure, with the aim of quantifying their influence on the rotational response when frictional effects and seismic directionality are incorporated into the system. Thus, a three-dimensional numerical model of a base-isolated superstructure is developed in OpenSees, including retaining walls with nonlinear and infinitely rigid behavior. The system is subjected to a set of bidirectional seismic records and different angles of seismic incidence, defined according to the RotD100 parameter. To capture the resulting forces during impact events, the Hertz–Damp model and Coulomb’s law are employed to obtain the normal and tangential impact forces, respectively. Demand parameters are proposed to quantify the building floor rotations using inter-story drifts and absolute accelerations, which allow the rotational contribution to be decomposed by means of two different response quantification methods. The reported results enable the analysis of the influence of frictional effects on the structural response under potential impact events in seismically isolated structures through comparison with cases in which impacts are considered without the frictional component. In addition, the effects of retaining wall behavior and seismic directionality on the structural response under frictional impact conditions are evaluated.