Diseño sísmico de componentes no estructurales sensibles a la aceleración en edificios de múltiples pisos

En los últimos eventos sísmicos de gran magnitud se ha evidenciado que los objetivos del diseño sismoresistente de edificios no pueden ser alcanzados si las acciones sísmicas no son consideradas en el diseño de los componentes no estructurales (CNEs). Desde el punto de vista del diseño sísmico los CNEs pueden ser clasificados en dos grupos: CNEs sensibles al desplazamiento y CNEs sensibles a la aceleración. Muchos estudios se han enfocado en la estimación de las demandas sísmicas de CNEs sensibles a la aceleración. Sin embargo, existen aún temas relativos al diseño de CNEs sensibles a la aceleración que no han sido estudiados completamente. Esta investigación busca contribuir al estudio de tres temas relativos al diseño sísmico de CNEs sensibles a la aceleración: aislación sísmica de CNEs, respuesta inelástica de CNEs e interacción dinámica entre CNEs y la estructura. La aproximación al problema se realiza mediante simulación Monte Carlo, se consideran diversas tipologías estructurales y diversas características y ubicaciones del CNE dentro de la estructura, en todos los casos las estructuras se analizan en el rango lineal elástico y las excitaciones sísmicas se modelan con contenidos de frecuencias típicas de excitaciones sísmicas de fuente lejana percibidas en suelo firme.En el caso de aislación sísmica se consideran en primera instancia sistemas de aislación lineal como una primera aproximación a la generalización del problema. Se logra establecer el concepto de periodo de aislación global para CNEs rígidos, el cual se define como el periodo para el cual un sistema de aislación logra reducciones considerables en la respuesta de CNEs sin importar el piso donde se adhiera el CNE. Se logra establecer una ecuación para el cálculo del periodo de aislación global. Se analizan luego las características generales establecidas con aislación lineal para cuando se utiliza el sistema de aislación FPS, el cual es uno de los sistemas de aislación más tradicionales para CNEs y cuyo comportamiento es no lineal. La caracterización de la respuesta no lineal del CNE se realiza mediante el estudio de la relación inelástica de desplazamientos (IDR), la cual contrasta el comportamiento dinámico lineal y no lineal de un sistema estructural, y se define como la razón entre el desplazamiento máximo del sistema cuando su comportamiento es no lineal y el desplazamiento máximo del mismo sistema cuando su comportamiento es lineal. Se realiza la caracterización de las IDRs para aceleraciones en los pisos y la diferenciación con las IDRs de aceleraciones en el suelo. Finalmente se establece una ecuación predictiva para las IDRs de CNEs ubicados en el techo de las estructuras.Por último el estudio de la interacción dinámica entre los CNEs y la estructura se realizó considerando la respuesta de aceleración absoluta del CNE obtenida mediante dos tipos de análisis, considerando al CNE acoplado y desacoplado a la estructura. Se observa que es posible establecer límites para la masa del CNE rígido de tal forma que con ellos se garantice una interacción dinámica baja entre el CNE y la estructura. Los límites de masa del CNE se recomienda establecerlos de dos formas: como porcentaje de la masa total de la estructura y como porcentaje de la masa del piso donde el CNE es anclado. Por otro lado, en el caso de CNEs flexibles (i.e., CNEs con periodo mayor a 0.06s), no fue posible establecer una masa límite del CNE que garantice una interacción dinámica baja entre el CNE y la estructura, en ciertos casos donde el CNE se ubica en estructuras rígidas se observa que incluso para relaciones de masas entre el CNE y la estructura tan bajas como de 0.01% la interacción dinámica entre el CNE y la estructura es considerable (mayor al 10% de la respuesta). Estos resultados difieren de los encontrados en investigaciones pasadas.