Evaluación de la vulnerabilidad sísmica de una edificación de concreto armado mediante cargas estática y dinámico incremental

Abstract

La presente tesis trata sobre la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de una edificación de concreto armado de 9 niveles y 3 sótanos destinada a un edificio multifamiliar mediante análisis no lineales bajo la aplicación de cargas estáticas y dinámicas incrementales. Previamente, se definen los niveles sísmicos: Sismo Frecuente, Sismo Ocasional, Sismo Raro, Sismo Muy Raro y Sismo Máximo, con sus respectivos periodos de retorno y probabilidad de excedencia. A partir de la ubicación de la edificación, se determinó la aceleración pico del suelo PGA característica del sitio para cada uno de estos 5 niveles sísmicos. Posteriormente, se realizó el Análisis Estático No Lineal de la edificación mediante cargas estáticas incrementales hasta llegar al colapso. En dicho análisis se determinaron los puntos de desempeño, en términos de la cortante basal y desplazamiento en el centro de masa en el último techo, según la normativa FEMA440. También, se determina la máxima deriva de todos los entrepisos de la edificación en cada nivel sísmico. Con estos puntos de desempeño se procedió a evaluar la vulnerabilidad sísmica global de la edificación mediante la metodología propuesta por el comité SEAOC VISION 2000, mediante la sectorización de la curva de capacidad y así determinar los niveles de desempeño para cada nivel sísmico. Además, se empleó la metodología propuesta por el manual HAZUS 4.2 SP3 para determinar los niveles de daño estructural del edificio a nivel global a partir de la máxima deriva de entrepiso en cada nivel sísmico. Luego, se realizó un segundo análisis no lineal mediante aceleraciones en el suelo variables con el tiempo como patrón de carga, los cuales fueron corregidos y escalados para 8 demandas sísmicas incrementales; este análisis es denominado como Análisis Dinámico Incremental (IDA por sus siglas en inglés). Se realizó este análisis las componentes horizontales de 4 eventos sísmicos locales (Lima 1966, Áncash 1970, Lima 1974, Atico 2001) y 3 eventos sísmicos internacionales (Maule 2010, Iquique 2014, Illapel 2015). De este análisis se obtuvieron los desplazamientos del centro de masa en el techo del último nivel, máximas derivas de entrepiso y cortante en la base de la edificación (parámetros definidos como Medida de Daño DM) para cada PGA (parámetro definido como intensidad de daño IM), las cuales se grafican sus correspondientes curvas IDA. En cada curva IDA se determinan sus respectivos parámetros DM de los 5 niveles sísmicos. A partir de las máximas derivas de entrepiso se evalúa la vulnerabilidad sísmica mediante la metodología propuesta por el manual HAZUS 4.2 SP3, con el cual se determina los niveles de daño estructural del edificio en cada nivel sísmico. Finalmente, se compararon los resultados de desplazamientos del centro de masa del techo del último nivel, cortantes basales y niveles de daño estructura de la edificación a nivel global de ambos análisis no lineales en cada uno de los niveles sísmicos.

This thesis is about the seismic vulnerability assessment of a 9-story and 3- basement reinforced concrete building intended for a multi-family building through non-linear analysis under the application of incremental static and dynamic loads. Previously, seismic levels are defined: Frequent Earthquake, Occasional Earthquake, Rare Earthquake, Very Rare Earthquake and Maximum Earthquake, with their respective return periods and probability of exceedance. From the location of the building, the peak ground acceleration PGA characteristic of the site was determined for each of these 4 seismic levels. Subsequently, the Non-Linear Static Analysis of the building was conducted using incremental static loads until its collapse. In this analysis, the performance points were determined, in terms of the basal shear and displacement in the center of mass in the roof, according to the FEMA440. Also, the maximum inter-story drift of the building at each seismic level is determined. With these performance points, the overall seismic vulnerability of the building was evaluated using the methodology proposed by the SEAOC VISION 2000 committee, by sectoring the capacity curve, and thus determining the performance levels for each seismic level. In addition, the methodology proposed by the HAZUS 4.2 SP3 manual was used to determine the overall structural damage levels of the building based on the maximum inter-story drift at each seismic level. Then, an Incremental Dynamic Analysis was performed using time-history ground accelerations as loading pattern, which were corrected and scaled for 8 incremental seismic demands. This analysis was conducted on the horizontal components of 4 local seismic events (Lima 1966, Áncash 1970, Lima 1974, Atico 2001) and 3 international seismic events (Maule 2010, Iquique 2014, Illapel 2015). From this analysis, the displacements of the center of mass on the roof, maximum inter-story drifts and basal shear of the building (parameters defined as Damage Measurement - DM) were obtained for each PGA (parameter defined as Intensity Measurement - IM), which their corresponding IDA curves are graphed. In each IDA curve, their respective DM parameters of the 5 seismic levels are determined. With the maximum inter-story drifts, the seismic vulnerability is evaluated using the methodology proposed by the HAZUS 4.2 SP3 manual, in which the levels of structural damage of the building at each seismic level are determined. Finally, the results of displacements of the center of mass on the roof, basal shears and levels of overall structural damage of the building from both non-linear analyzes were compared at each of the seismic levels.