Control del daño sísmico estructural en pórticos prefabricados de hormigón armado a través de uniones híbridas autocentrantes

Abstract

Current seismic design philosophy of industrial structures in Chile, aims at the protection of life and continuity of operation in the industry. The compliance with these requirements allows controlling the structural damage based on strength criteria, unable to detect the failure mode andspecify its location facing a major seismic event. In this paper we discuss the application of an innovative technique to control the structural damage in prefabricated reinforced concrete frames, founded on granular soils, applied in the construction of the Forest and Paper Pulp Plant Concepción. This is done by incorporating hybrid post-tensioned joints in precast columns of the project, this approach aims to control energy dissipation in the union and maintain the initial stiffness of the system. Using a nonlinear dynamic analysis with 2D Ruaumoko software, potential performance in traditional design versus innovative design is compared. The analysis is performed for various Chilean representative seismic records and different types of soils. The results indicate that the structure with the traditional design could suffer displacement in the roof of the order of 40 cm, moving heavily into the inelastic range, with residual deformations, concentrating the damage generation of plastic hinges at the ends of the columns and some beams not designed for ductility. In contrast, the use of hybrid connections causes self-centering effect to the structure returning to its original position, without the presence of remnants deformations.La filosofía actual de diseño sísmico de estructuras industriales en Chile, establece como objetivos la protección de vida y la continuidad de operación en la industria. El cumplimiento de estas exigencias permite controlar el daño estructural en base a criterios de resistencia, sin lograr detectar el modo de falla, ni especificar su localización frente a un evento sísmico importante. En el presente trabajo se discute la aplicación de una técnica innovativa de control de daño estructural en pórticos prefabricados de hormigón armado, fundados en suelos granulares, y pertenecientes al proyecto Forestal y Papelera Concepción. Se trata de incorporar uniones híbridas postensadas en las columnas prefabricadas del proyecto, de manera de controlar la disipación de energía en la unión y mantener la rigidez inicial del sistema. Mediante un análisis dinámico no lineal usando el programa Ruaumoko 2D, se compara el posible desempeño del diseño tradicional versus el diseño innovativo. Estos análisis se ejecutan para diversos registros sísmicos chilenos representativos de distintos tipos de suelos. Los resultados del análisis indican que la estructura con el diseño tradicional podría sufrir desplazamientos en el techo del orden de 40 cm, incursionando fuertemente en el rango inelástico, con deformaciones remanentes y concentrando el daño por generación de rótulas plásticas en los extremos de las columnas y algunas vigas no diseñadas para ductilidad. En contraparte, la utilización de uniones híbridas auto-centrantes provoca que la estructura recupere su posición original, sin la presencia de deformaciones remanentes.