ACERCA DEL FACTOR DE REDUCCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS

ACERCA DEL FACTOR DE REDUCCIÓN DE FUERZAS SÍSMICAS

Eden Angel Capcha Molina

Ingeniero civil Universidad Nacional de Ingeniería

Los sistemas estructurales a menudo están sometidos a un conjunto de fuerzas externas, que tienen como principal efecto la deformación de estos elementos, ya sean en mayor o menor medida. Además, se puede afirmar que el efecto de un conjunto de fuerzas sobre un elemento estructural especifico dependerá en gran medida de las características del elemento y el material del que esta hecho. Es por tal motivo que en la practica de la investigación científica dentro de la ingeniería estructural, es útil el estudio de las relaciones carga deformación de materiales, elementos estructurales y sistemas estructurales completos. Es a partir de estas relaciones que el ingeniero practico puede decidir si la configuración estructural planteada o la elección de los materiales, es la mas adecuada frente a un conjunto de cargas específicos y para un comportamiento sísmico deseado.

Figura 0‑1: Comportamiento no lineal de un elemento columna frente a la acción de fuerzas laterales.

El estudio de las relaciones fuerza desplazamiento, de elementos estructurales específicos, nos muestra que en la realidad los elementos estructurales exhiben un comportamiento no lineal, es decir, no existe proporcionalidad entre fuerzas y desplazamientos durante todo el dominio de comportamiento del elemento, tal como se puede observar en la Figura 0 1.

Aunque esta discusión da inicio considerando elementos estructurales, tales como vigas, columnas, muros , entre otros, las ideas comentadas son validas tambien para el caso de materiales y sistemas estructurales.

Es importante notar que cuando se usa la teoría elástica lineal para la predicción de la respuesta sísmica de estructuras, se están asumiendo una serie aproximaciones que son tolerables solo en el caso en que las deformaciones sean suficientemente pequeñas comparadas con el dominio de comportamiento disponible de un elemento específico. Y de ser este el caso, se tendrían que diseñar las estructuras dejando una gran cantidad de capacidad de material sin aprovecharse, lo que en general no sería apropiado, tanto desde el punto de vista técnico como económico.

Aunque lo anterior es cierto, en la practica de la ingeniería moderna el análisis elástico lineal es aun es el estándar, aun en los modernos softwares de análisis y diseño estructural, predomina la aplicación de análisis lineal elástico.

Si, como se ha mencionado anteriormente, reconocemos que un modelo bilineal, como el mostrado en la Figura 0 1,representa de manera mas apropiada el comportamiento de una estructura cualquiera, es evidente que existe un error en la predicción de la respuesta sísmica de estructuras al usar un modelo lineal elástico, en especial para deformaciones que representan una fracción considerable de su capacidad de deformación máxima, y esto ultimo siempre será el caso ante un evento sísmico considerable, como los considerados en los códigos de diseño.

Con la finalidad de poder establecer una relación existente entre ambos sistemas, y así poder hacer uso del análisis elástico lineal, para intentar predecir el comportamiento no lineal de estructuras, se hará uso de uno de los criterios mas extendidos en la ingeniería estructural moderna, la regla de igual energía en un sistema lineal elástico y un sistema no lineal.

La regla de igual energía establece que si una cantidad de energía es aplicada a un sistema estructural, este deberá desarrollar la misma cantidad de trabajo, tanto para el caso elástico, como el caso inelástico. Lo que finalmente se traduce en la siguiente expresión:

E1=E2