Metodología para la detección de daño en edificaciones con irregularidad torsional mediante el monitoreo de la salud estructural

Abstract

La amenaza sísmica en el Perú hace esencial el monitoreo estructural de hospitales e instituciones educativas. Tradicionalmente, este se realiza en el centro de masa mediante acelerómetros, pero en estructuras con irregularidad torsional, la máxima respuesta sísmica no ocurre en ese punto debido a la excentricidad entre el centro de rigidez y el centro de masa. Esta investigación desarrolla una metodología para estimar el daño en edificaciones con irregularidad torsional a partir del monitoreo en su centro de masa. Se realizaron simulaciones numéricas y ensayos experimentales para formular un modelo predictivo de la respuesta máxima. Se analizaron 36 modelos estructurales simplificados con análisis dinámico no lineal, obteniendo un modelo que estima las distorsiones máximas con un error del 4.054% y un coeficiente de determinación de 0.955. Luego, se realizaron ensayos en mesa vibradora con 8 especímenes, ajustando el modelo con los datos experimentales, reduciendo el error al 3.56% y aumentando el coeficiente de determinación a 0.98. Se estableció una expresión matemática que relaciona la amplificación de la respuesta torsional con parámetros estructurales y sísmicos obtenidos del monitoreo. Además, se propuso y validó un método basado en datos de monitoreo de dos puntos en el techo, logrando estimaciones precisas con un error máximo del 9.22% y un coeficiente de determinación de 0.929. Esta metodología permitirá evaluar con mayor precisión el estado de edificaciones con irregularidad torsional tras un sismo.

The seismic threat in Peru makes it essential to monitor the structural health of hospitals and educational buildings. Traditionally, this is done at the center of mass using accelerometers. However, in structures with torsional irregularity, the maximum seismic response does not occur at this point due to the eccentricity between the center of rigidity and the center of mass. This research develops a methodology to estimate damage in buildings with torsional irregularity by monitoring their seismic response at the center of mass. Numerical simulations and experimental tests were conducted to formulate a predictive model for the maximum response. A nonlinear dynamic analysis of 36 simplified structural models was performed, resulting in a model that estimates maximum distortions with a percentage mean square error of 4.054% and a coefficient of determination of 0.955. Subsequently, shake table tests on 8 specimens were conducted, adjusting the model with experimental data, reducing the error to 3.56%, and improving the coefficient of determination to 0.98. A mathematical expression was established to relate response amplification due to torsion with structural and seismic parameters obtained from center-of-mass monitoring. Additionally, a method based on monitoring two points on the roof was proposed and validated, achieving accurate seismic response estimations, with a maximum error of 9.22% and a coefficient of determination of 0.929. This methodology enables more precise assessments of torsionally irregular buildings after earthquakes.