Pórticos metálicos sometidos a acciones dinámicas debidas a explosiones

Abstract

El presente estudio pretende aplicar los principios generales del cálculo dinámico de estructuras al caso concreto de edificios constituidos por pórticos típicos de estructura metálica sometidos a una acción de explosión externa. Inicialmente se definen las características de las cargas debidas a explosión sobre una estructura del tipo anteriormente mencionado. Se comentan con detalle los procedimientos de cálculo de las presiones pico y las duraciones de las cargas de explosión a partir del peso y tipo de explosivo y de la distancia entre detonación y estructura. El procedimiento utilizado para tal fin se ha extraído de normativa americana específica (Ref. [5]), y se basa en una serie de tablas y gráficos provenientes de la experimentación. Se completa la explicación con un ejemplo práctico. Posteriormente, se lleva a cabo el cálculo de la respuesta dinámica no-lineal de una estructura metálica de tipo aporticada. Por un lado, dicho cálculo se realiza mediante un método simplificado que consiste en asimilar la estructura a un sistema de un único grado de libertad (SDOF). Esto supone transformar el pórtico en un sistema constituido por una masa concentrada equivalente unida a un resorte de rigidez equivalente, sobre la que se aplica una carga dinámica concentrada. La rigidez equivalente de dicho sistema se obtiene en base al análisis Push-over. Este análisis consiste en aplicar estáticamente una carga horizontal creciente sobre el pórtico estudiado y extraer la función resistencia-desplazamiento del mismo. Este procedimiento permite asegurar la resistencia de la estructura en las distintas fases de carga hasta llegar al colapso y su ductilidad. Por otro lado, se obtiene la respuesta del pórtico mediante un cálculo dinámico no-lineal con ayuda del programa de elementos finitos CASTEM (véase www-cast3m.cea.fr). Para la integración temporal del sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias derivado de la discretización de la ecuación de la dinámica se utiliza el método de Newmark (Ref. [1] y [2]). Se pretende con todo ello comparar los resultados de respuesta obtenidos mediante el método simplificado por un lado y CASTEM por el otro. Se concluye que el esquema estructural estudiado no puede asimilarse de forma adecuada a un sistema SDOF. Esto es debido a que el método simplificado únicamente permite aplicar sobre la estructura una carga en la misma dirección que el grado de libertad supuesto. No obstante, en el presente caso, el efecto de la carga dinámica vertical sobre la cubierta del edificio no es despreciable.