Pushover con Acoplamiento de CEINCI-LAB y OpenSees

El análisis no lineal estático, conocido como Pushover, permite conocer el probable desempeño sísmico que va a tener una estructura, esto mediante la obtención de la curva de capacidad sísmica resistente que relaciona el cortante basal con el desplazamiento lateral en el tope de la edificación y no solo eso, sino que se determinan las secciones que van ingresando al rango no lineal; toda esta información es de gran utilidad para el Proyectista Estructural que podrá visualizar si el desempeño que va a tener la edificación está en concordancia con lo que esperaba de su diseño, caso contrario está a tiempo de hacer correcciones a su diseño, de esta manera se está optimizando el trabajo.

Por este motivo es que se decidió escribir la presente obra que sin lugar a duda será de gran utilidad para aquellos estudiantes que decidieron incursionar en el análisis no lineal estático (Pushover), tema bastante complejo si se quiere conocer a fondo la teoría de cálculo y no ser solamente usuario de programas.

En el análisis no lineal se tiene una linealidad del material y una linealidad geométrica; estos temas son abordados en el Capítulo 1, mediante la realización de dos ejemplos en los que se presenta con bastante detalle el cálculo en forma manual y en un Anexo se complementa con el desarrollo de un programa. De esta forma el lector tendrá una idea bastante amplia de que es la no linealidad de material y no linealidad geométrica.

El Capítulo 2, se ha denominado Pushover Básico con CEINCI-LAB debido a que se inicia el cálculo con la obtención de la relación Momento – Curvatura en cada elemento, la misma que debe ser determinada por el usuario utilizando las funciones de CEINCI-LAB. Esta relación solo se obtiene una vez al inicio del análisis, de tal manera que es aproximado el cálculo, se lo hizo de esta forma para que el estudiante pueda comprender como se resuelve un pórtico por el Método de los Desplazamientos utilizando el modelo de plasticidad concentrada de Giberson. A pesar de que es aproximado da buenos resultados.

El Capítulo 3, se llama Pushover nivel uno con CEINCI-LAB y ahora se determinan los diagramas momento curvatura o momento rotación en cada ciclo de carga, de igual manera se incorpora el efecto  que es básico para la técnica del Pushover. Tanto en el Pushover Básico como en el Pushover nivel uno, se obtiene la curva de capacidad sísmica de pórticos de acero o de hormigón armado ante cargas monotónicas. Las funciones de CEINCI-LAB que se utilizan permiten visualizar como se deforma la estructura y la secuencia de daño que presentan sus elementos.

CEINCI-LAB tiene una gran fortaleza y es la generación de estructuras complejas en forma muy sencilla, como se verá en lo posterior de esta obra y OpenSees tiene su fortaleza en que cuenta con funciones muy avanzadas para el análisis no lineal. Por esta razón se decidió hacer un acoplamiento entre estos dos sistemas de computación, que se presenta en el Capítulo 4. En este capítulo se obtienen curvas de Capacidad Sísmica de estructuras de acero conformadas por vigas y columnas, que son vulnerables sísmicamente, y la curva de capacidad de estas estructuras reforzadas con diagonales concéntricas en forma de V invertida o en forma de X, que suben dos pisos. Las funciones de CEINCI-LAB permiten presentar en un solo gráfico las curvas de capacidad de una estructura sin y con reforzamiento. Inicialmente se trabajó con el modelo de plasticidad concentrada de Krawinkler en las vigas y un modelo bilineal en columnas y diagonales, las mismas que se utilizan en OpenSees.

En el Capítulo 4 todas las columnas tienen la misma sección y lo propio sucede con las vigas y diagonales; esto se lo hizo para que el usuario paulatinamente vaya aprendiendo, primero el uso de los programas de CEINCI-LAB y de OpenSees y segundo, que es lo más importante, la teoría que hay detrás de todo esto; el propósito es que se conozca a fondo los modelos constitutivos. Posteriormente, en el Capítulo 5 cuando el lector tiene una base bastante sólida puede obtener las curvas de capacidad sísmica trabajando con varios perfiles de acero en columnas y vigas, ya no está limitado a un solo tipo de sección.

Es verdad que la Técnica del Pushover, también conocida con el nombre de la Técnica del Empujón, está orientada a estructuras regulares en elevación donde su respuesta sísmica está dada por los primeros modos de vibración, sin embargo, con el propósito de que el lector conozca más como se trabaja con las funciones de CEINCI-LAB y de OpenSees, se presenta el cálculo de las curvas de capacidad sísmica en estructuras irregulares, en el Capítulo 6.

Mientras se escribía esta obra, el material se utilizó en los cursos de pregrado de Análisis Sísmico de Estructuras que se imparten en la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE y de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí (ULEAM), los estudiantes mostraron un gran interés ya que en forma bastante sencilla ellos visualizaban el desempeño de estructuras de acero sin y con diagonales concéntricas, estas diagonales se utilizan como mecanismo de reforzamiento.

También se utilizó en el curso de Post Grado de Estructuras que se dicta en la ESPE, en la materia de Peligrosidad Sísmica y Demanda, para que conozcan mas a fondo como se determina el factor de reducción de las fuerzas sísmicas con el cual se pasa de espectro elástico al inelástico.

El arte de enseñar es presentar temas bastante complejos en forma muy sencilla y esto se logra con esta obra.