Aunque comenzamos a construir pirámides y construimos la pirámide más grande de todas en 2560 a. C., todavía estamos tratando de entender la ingeniería estructural. Como puede parecer bastante simple, no lo es. Específicamente la dinámica relacionada con la estructura. Hay tantas cosas que suceden que se hace difícil seguirlas.
Incluso después de tantos años y de ser atacados por tantos terremotos, todavía vemos fallas en la construcción de una forma u otra. Algunos son literalmente un ejemplo de mal diseño y otros son víctimas de la falta de investigación.
A finales del siglo XX teníamos el poder de las computadoras y pudimos analizar las estructuras de una manera mucho más eficiente, aún hoy estamos luchando, ¿cuál debería ser la rigidez del muro de corte considerado para las deformaciones laterales?
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Para mí, los temas de investigación siempre me hacen mirar hacia la ingeniería sísmica, ya que el análisis de gravedad es sencillo y un diseño lineal y podemos predecir con precisión las fuerzas del viento. Pero en caso de terremotos, los edificios entran en una etapa inelástica y las cosas se complican.
Uno de mi mentor, mi ingeniero estructural senior, el director de una empresa para la que trabajaba me dijo una cosa:
“Cuestione todo lo que diseñe, si tiene sentido o no, si no lo hace, entonces hay algo muy mal”.
Así que aquí están algunos de los temas de investigación en curso:
- Rigidez efectiva de los muros de corte después de un terremoto esperado.
En este tema, las personas en realidad estudian muros de corte aplicando cargas dinámicas y calculando cuál debería ser la rigidez efectiva de los muros considerada en el proceso de análisis. Descubrieron que el muro pierde su rigidez en un 80%, lo cual es una gran cantidad, ya que conducirá a un aumento en las desviaciones de la historia.
2. Carga y descarga cíclica de vigas de acoplamiento.
Después de tantos años y tanta investigación, todavía estamos descubriendo cuál debería ser la rigidez efectiva de las vigas de acoplamiento después de una fuerte sacudida para diferentes relaciones de aspecto. Estamos tratando de entender cómo se producirá la reducción de la resistencia en una viga de acoplamiento, ya que sufre múltiples ciclos, cómo se descargará en la zona no lineal. Estamos haciendo esto nuevamente para modelar los elementos correctamente para que podamos capturar un comportamiento esencialmente preciso del edificio y sus fuentes de disipación de energía.
3. Respuesta modal de los edificios.
Este es un tema bastante importante ya que nuestro análisis lineal y no lineal completo se encuentra en este paso. No hemos podido probar muchos edificios diferentes y sus respuestas en un terremoto. Cómo un gran sótano afecta la estructura en términos de formas modales y factores modales de participación masiva. ¿Una masa por debajo del grado impacta el sistema de resistencia lateral del edificio? ¿Es necesario incluir la masa de grado inferior en el análisis? ¿Qué te dice la respuesta real del edificio? Así que este es un campo más donde las personas estudian sin descanso los impactos para que podamos validar nuestro análisis y asegurarnos de que lo estamos haciendo bien.
4. Diseño resistente a terremotos de bajo costo
El diseño resistente a terremotos de bajo costo no es tan famoso, pero este es mi interés particular. Vi los efectos devastadores del terremoto de Nepal y la única razón por la que estos edificios se derrumbaron fue el bajo ingreso de las personas que residen allí. Le pediría que continúe la investigación en ese campo para que podamos tener una metodología de diseño adecuada para viviendas de bajo costo. Extiéndelo de tal manera que incluso un laico pueda entenderlo. Por ejemplo: para una casa de 1 piso de 800 pies cuadrados, use estos muchos postes de madera de estos tamaños con una atadura de cables de este grosor y una viga de este tamaño. Proporcionar 4 de esos marcos. Esto al menos asegurará que su casa no se caiga y mate a las personas que viven allí. Este será un proyecto increíble para trabajar y estoy seguro de que mucha gente en este mundo te bendecirá.
5. Efectos P-Delta en edificios altos
Las cargas de gravedad en las columnas en realidad suavizan los sistemas de resistencia a la fuerza lateral del edificio, pero ¿en qué medida? Incluimos tales efectos en nuestros modelos numéricos, pero en realidad, ¿cuánto impacto crea? En general, los efectos P-delta son significativos en edificios más blandos como el que tiene marcos de momento en comparación con un muro de corte y un edificio de marco reforzado. Entonces deberíamos profundizar más en esos efectos.
6. Variación en la resistencia al corte con cambio en la carga axial
La investigación ha demostrado que hay una reducción de alrededor del 10% al 15% en la resistencia al corte de las paredes de corte al estar sometida a tensión axial. Pero todavía no tenemos resultados en profundidad, ¿qué tan importante se vuelve con una mayor demanda de corte? Por ejemplo, la reducción es la misma en un muro con demandas de hasta 5 * sqrt (f’c), así como con una demanda de hasta 10 * sqrt (f’c).
El mismo caso se aplica para las columnas de marco de momento ya que están sujetas a altas demandas de corte junto con cargas axiales.
7. Amortiguación en estructuras
La amortiguación es una fuente importante de disipación de energía en caso de terremotos. Más del 50% de energía se disipa por la amortiguación misma. La energía de deformación y la energía inelástica son como 30% más o menos. Luego está la amortiguación proporcional de la rigidez que se encarga del resto de la energía bombeada al sistema. Pero, ¿cuál es el valor de amortiguación para edificios con varias alturas? ¿Podemos desarrollar algún tipo de relación entre la amortiguación y el período del edificio?
La razón para hacerlo es que debemos asegurarnos de no sobreestimar la amortiguación y subestimar los elementos o subestimar la amortiguación y sobre diseñar los elementos. Sé que es difícil describir la amortiguación, pero podemos obtener ese valor si obtenemos registros de movimiento del edificio durante terremotos o incluso oscilaciones libres.
8. Colapso progresivo de estructuras.
Para que no volvamos a tener nada como el colapso del punto de Ronan, el colapso del edificio Alfred P Murrah o el desastre del 11 de septiembre. Será necesario realizar estudios de colapso progresivo para edificios y estructuras importantes.
Para concluir, hay muchos más temas en los que puedo pensar, pero cada vez que empiezo a trabajar con edificios, estas son las primeras cosas que me preguntan. Es importante para nosotros entender el comportamiento del edificio exactamente como lo suficiente con estas aproximaciones lineales. Tendemos a justificar todo con un diseño lineal, pero en el pasado se ha demostrado que no es suficiente específicamente para estructuras irregulares y edificios altos. Para edificios más cortos, podemos optar por el análisis y el diseño de impulso, ya que la respuesta principal es el primer modo del edificio en sí, a diferencia de los edificios altos.
Tenemos una informática poderosa y lentamente las cosas cambiarán y las personas harán análisis estáticos o dinámicos no lineales para edificios. Es importante que antes de que ocurra ese cambio, al menos tengamos algunos datos prácticos a mano que podamos alimentar en el modelo no lineal y ver qué sucede.
Espero que esto sea algo que estabas buscando.
