Evaluación del desempeño de edificios de concreto reforzado prefabricados de mediana altura con aislamiento sísmico en zonas de alta sismicidad

Abstract

The current study evaluates the seismic performance of a medium-rise precast reinforced concrete building by implementing base isolation systems. Three types of devices are examined: LRB (Lead Rubber Bearing), HDR (High Damping Rubber), and FPS (Friction Pendulum System), with the aim of comparing their effectiveness in reducing seismic demands. A four-story model was created, first with a fixed base and then with each isolation system, using nonlinear time history analyses (NLTHA) with twenty scaled ground motion records. The only source of nonlinearity considered was the behavior of the isolators. Parameters such as interstory drifts, displacements, shear forces, velocities, and accelerations were evaluated, along with the hysteretic response of the devices. Additionally, beam-column connections were assessed in accordance with the NTC-C-2023 building code, verifying that the acting shear forces did not exceed the allowable strength. The results show that all isolation systems significantly reduce seismic demands compared to the fixed-base model, with the FPS system demonstrating the best control over interstory drifts, shear forces, and accelerations. It is concluded that incorporating seismic isolation into precast structures is a viable strategy for reducing seismic risk and improving structural performance during severe earthquakes.

El presente trabajo evalúa el comportamiento sísmico de un edificio de concreto reforzado prefabricado de mediana altura con la implementación de sistemas de aislamiento sísmico en la base. Se analizan tres tipos de dispositivos: LRB (Lead Rubber Bearing), HDR (High Damping Rubber) y FPS (Friction Pendulum System), con el objetivo de comparar su efectividad en la reducción de demandas sísmicas. Se modeló un edificio de cuatro niveles con base rígida y posteriormente con cada uno de los sistemas de aislamiento, realizando análisis no lineales de historia de tiempo (ANLHT) para una demanda sísmica representada por veinte registros sísmicos escalados. La única fuente de no linealidad considerada corresponde al comportamiento de los aisladores. Se evaluaron parámetros como distorsiones angulares, desplazamientos, fuerzas cortantes, velocidades y aceleraciones en entrepisos, así como la respuesta cíclica de los dispositivos. Adicionalmente, se revisaron las conexiones viga-columna conforme a los requisitos establecidos en la norma NTC-C-2023, verificando que las fuerzas actuantes no excedieran la resistencia permitida. Los resultados indican que todos los sistemas de aislamiento reducen significativamente la demanda sísmica en comparación con el modelo sin aislamiento, siendo el sistema FPS el que presenta el mayor control de distorsiones, cortantes y aceleraciones. Se concluye que la integración de aislamiento sísmico en estructuras prefabricadas es una estrategia viable para mitigar el riesgo sísmico y mejorar su desempeño estructural ante sismos severos.