Linearly elastic seismic evaluation of masonry historical buildings in Santiago, Chile : The case of the Pereira Palace

Congreso celebrado en la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Sevilla desde el 24 hasta el 26 de junio de 2015.Seismic assessment of the Pereira Palace by means of linear elastic analysis using finite elements techniques is the purpose of this work. Three static analysis based on the provisions of the current Chilean seismic code were performed, along with modal spectral and time-history analyses (responsespectrum-compatible records). Aiming to obtain from the analysis the same shear strain distribution and the current deteriorated building conditions, acceleration records experienced by the building on February 2010 were also used. Maximum shear stress obtained on the masonry elements were compared against an experimental value obtained from an in-situ test. The results obtained provide a first approach to the diagnosis of the building performance while proving the limitations and gaps on the current codes with respect to the seismic evaluation of these types of buildings

Herramienta computacional para la evaluación post-sísmica de daños en edificios

En este artículo se desarrolla un método y una herramienta computacional orientada a apoyar la evaluación de daños y de la seguridad de los edificios después de sismos fuertes. Los datos de entrada del programa de computador corresponden a información subjetiva e incompleta del estado del edificio, obtenida por profesionales posiblemente inexpertos en el campo de la construcción. Los niveles de daño de los componentes estructurales normalmente son descritos por calificaciones lingüísticas que pueden ser adecuadamente procesadas con técnicas de inteligencia computacional basadas en sistemas neurodifusos. Estas técnicas facilitan la realización de las complejas y urgentes tareas de toma de decisiones de los ingenieros en relación con la ocupación de los edificios después de un desastre sísmico. El sistema híbrido neuro-difuso, descrito en este artículo, está basado en una red neuronal de tres capas artificiales unidireccionales especiales y una base de reglas de lógica difusa. Este sistema es una herramienta de especial utilidad durante la fase de respuesta a emergencias, que facilita las decisiones de habitabilidad y reparabilidad de los edificios. Para ilustrar su aplicación se incluyen ejemplos de aplicación del programa para tres clases diferentes de edificios.Postprint (published version

Evaluation of the habitability of buildings affected by an earthquake using the fuzzy sets theory and the artificial neural networks

La teoría de conjuntos difusos y las redes neuronales son herramientas de inteligencia computacional que cada vez tienen un uso más extendido en la ingeniería sísmica. En este artículo se desarrolla un método y una herramienta computacional que hace uso de estas técnicas para apoyar la evaluación del daño y de la seguridad de los edificios después de sismos fuertes. Se utiliza una red neuronal artificial de tres capas y un algoritmo de aprendizaje tipo Kohonen, así como conjuntos difusos para manipular información subjetiva como las calificaciones de los niveles de daño presentes en los edificios evaluados. También se aplica una base de reglas difusas para contribuir al proceso de toma de decisiones. Se ha desarrollado un programa de ordenador que utiliza estas técnicas, cuyos datos de entrada del programa corresponden a la información subjetiva e incompleta del estado del edificio obtenida por profesionales posiblemente inexpertos en el campo de la evaluación del comportamiento sísmico de los edificios. El método propuesto ha sido implementado en una herramienta de especial utilidad durante la fase de respuesta a emergencias, que facilita las decisiones sobre habitabilidad y reparabilidad de los edificios. Para ilustrar su aplicación, se incluyen ejemplos de aplicación del programa para dos clases diferentes de edificios.The fuzzy sets theory and the artificial neural networks are computational intelligence tools which are nowadays widely used in earthquake engineering. This paper develops a method and a computer program which use these computational intelligence tools in order to support the damage and safety evaluation of buildings after strong earthquakes. The model uses an artificial neural network with three layers and a Kohonen learning algorithm; it also uses fuzzy sets in order to manage subjective information such as linguistic qualification of the damage levels in buildings and a fuzzy rule base to support the decision making process. All these techniques are incorporated in the developed computer program. The input data is the subjective and incomplete information about the building state obtained by possibly non experienced evaluators in the field of the seismic performance of buildings. The proposed method is implemented in a tool especially useful in the emergency response phase, when it supports the decision making regarding the building habitability and reparability. In order to show its effectiveness, two examples are included for two different types of buildings.Peer Reviewe

Análisis estructural sísmico de edificios de acero : un enfoque probabilista

The main objective of this thesis is the probabilistic assessment of the expected seismic damage in steel buildings located in Mexico City. Although a deterministic analysis is performed both, seismic actions and buildings, are considered in a probabilistic way. A broad acceleration database, with 7132 records (3 components) of the 180 stations in the city, 1363 with peak ground acceleration (PGA) above 0.01 g, is analyzed; this analysis, allows having data representative for each one of the 6 seismic zones of the city; the seismic action in each zone is defined by means of 20 accelerograms compatible and with controlled error, in the sense that the mean value and standard deviation of the 20 spectra match well the design spectrum and a predefined error function, respectively. Concerning structures, the study is based on low- (3 stories), mid- (7 stories) and high-rise (13 stories) buildings and on 3 structural configurations: i) Special Moment Frames (SMF) ii) Special Concentrically Braced Frames (SCBF) and (iii) Buckling Restrained Braced Frames (BRBF). The mechanical properties are considered in a probabilistic way by means of appropriate probability distributions; Monte Carlo simulation and Latin hypercube based sampling techniques are used. The deterministic analysis is performed by using mean values of buildings and accelerograms. 2D models, Nonlinear Static Analysis (NLSA), Non Linear Dynamic Analysis (NLDA) and Incremental Dynamic Analysis (IDA) are used. NLSA allows obtaining capacity spectra, fragility curves, mean damage state curves and relations between PGA and the displacement of the performance point. IDA allows obtaining relations among PGA, maximum roof displacement and Park and Ang damage index. The results show that buildings perform properly. However, BRBF show the best performance; SMF the worst. The highest expected damage is obtained for high-rise buildings and, particularly, for SMF buildings; this result is attributed to soft-soil¿s amplification effects, affecting more to high buildings. Uncertainties in the response increase with the severity of the earthquake and they are dominated by uncertainties in the seismic action; however, the influence of uncertainties of the mechanical properties of buildings, although minor, is also significant. Static analysis provides good results, when compared with the ones of the dynamic analysis; but, this consistency is lower for high-rise buildings. The deterministic analysis shows a good consistency with the median values of the probabilistic analysis, although the probabilistic approach allows analyzing uncertainties and, in this sense, it should be preferred. In this thesis, innovative methods for the analysis of the seismic action and for damage assessment have been implemented. Concerning to seismic action, a comprehensive study of directionality effects in Mexico City has been performed; also, the design spectra have been compared with the ones of the recorded accelerograms. Concerning to damage analysis the performance point is obtained by using an energy-balance based method. The parametric model for capacity curves has been applied; this model completely defines capacity curves/spectra with 5 independent parameters. In addition, two damage indices that are compatible with the Park and Ang index have been obtained; these two damage indices are calculated from the capacity curve, in a straightforward way. In addition, a probabilistic assessment of the collapse damage state, is performed. Finally, as a practical and useful contribution, several developments of this thesis, are implemented in an interactive software; it is intended that the computer program, "Probabilistic Seismic Risk" (PSRv1.0), be an easy and efficient tool allowing a fast assessment of the seismic risk.El principal objetivo de esta tesis es la evaluación probabilista del daño esperado en edificios de acero sometidos a las acciones sísmicas de diseño en la Ciudad de México. Aunque se efectúa un análisis determinista, la acción sísmica y los edificios se consideran de forma probabilista. Se analiza una extensa base de datos de aceleración, con 7132 registros (3 componentes) de las 180 estaciones de la ciudad, de los cuales 1363, con aceleraciones pico (PGA) mayor de 0.01 g; este análisis, permite disponer de datos representativos para cada una de las 6 zonas sísmicas de la ciudad. Así, la acción sísmica en cada zona, se define mediante 20 acelerogramas compatibles y con error controlado, de forma que el valor medio y la desviación estándar de los 20 espectros correspondientes, coinciden con el espectro de diseño de cada zona y con una función de error predefinida, respectivamente. Por otra parte, se consideran edificios porticados de 3, 7 y 13 pisos y 3 configuraciones estructurales: i) pórticos especiales resistentes a momento (SMF) ii) pórticos con riostras concéntricas (SCBF) y iii) pórticos con riostras de pandeo restringido (BRBF). Las propiedades mecánicas de las secciones estructurales se consideran de forma probabilista y se usa el método de Monte Carlo y la técnica de muestreo del hipercubo latino. El análisis determinista se efectúa usando valores medios de edificios y acelerogramas. Se usan modelos 2D y análisis no lineal estático (NLSA) y dinámico (NLDA) incremental (IDA). El NLSA, permite obtener espectros de capacidad, curvas de fragilidad, curvas de daño medio y relaciones entre PGA y el desplazamiento del punto de capacidad por demanda, que son fundamentales para comparar los resultados de los NLSA y NLDA. El IDA permite obtener relaciones de PGA con el desplazamiento máximo en el techo y con el índice de daño de Park y Ang (IPA). Los resultados muestran un comportamiento adecuado de los edificios; los BRBF son los que tienen un mejor rendimiento y los SMF los que peor. El mayor daño esperado se obtiene para los edificios altos y, en particular, para los no arriostrados (SMF); este resultado se atribuye a la amplificación de la acción sísmica, por efecto de suelos blandos de grandes espesores, afectando más a los edificios altos. La incertidumbre en la respuesta crece con la severidad del terremoto y está dominada por la incertidumbre en la acción sísmica; la influencia de las incertidumbres de las propiedades mecánicas de los edificios, aunque menor, es también significativa. Para los edificios estudiados, en general, el NLSA proporciona buenos resultados comparados con los del NLDA. El análisis determinista muestra una buena consistencia con los valores medianos del probabilista, aunque el análisis probabilista es preferible, ya que permite analizar las incertidumbres. En esta tesis se han desarrollado, implementado y aplicado métodos novedosos para el análisis de la acción sísmica y del daño. En referencia a la acción sísmica, se ha hecho un estudio completo del efecto de direccionalidad en la Ciudad de México. En cuanto al análisis de daño, el cruce entre los espectros de capacidad y de demanda se efectúa usando un método de balance de energías; se ha aplicado el modelo paramétrico de capacidad, que parametriza los espectros de capacidad mediante 5 parámetros independientes y se han obtenido dos índices de daño que son compatibles con el IPA, pero que se evalúan, de forma directa y sencilla, a partir de las curvas de capacidad; además se efectúa una evaluación probabilista del colapso, que permite obtener la frecuencia o tasa anual de colapso. Finalmente, parte de los desarrollos de esta tesis se implementan en un programa interactivo que constituye una contribución práctica y útil de esta tesis; así, el programa "Probabilistic Seismic Risk" (PSRv1.0), pretende ser una herramienta para una evaluación rápida del riesgo sísmico, en térmicos de tasas anuales de excedencia del daño esperad

Probabilistic dynamic analysis of steel buildings with long duration earthquakes

El análisis probabilista del comportamiento sísmico de una estructura requiere cuantificar las incertidumbres de las variables y parámetros involucrados, incluyendo la acción sísmica y las propiedades mecánicas de sus elementos. En este artículo se analiza el comportamiento sísmico de edificios de acero bajos, medianos y altos, sometidos a las acciones sísmicas de larga duración probables de la Ciudad de México. El análisis se efectúa bajo una perspectiva probabilista. Las acciones sísmicas se han seleccionado de forma que sean compatibles con los espectros de diseño, para suelos blandos y sismos de larga duración de esta área. Los análisis dinámicos, se llevan a cabo usando simulaciones Monte Carlo. La resistencia y la ductilidad de vigas y columnas se consideran como variables aleatorias; las acciones sísmicas también se consideran de forma probabilista. El daño esperado es evaluado con el índice de Park y Ang. Los resultados muestran que las incertidumbres esperadas en la respuesta son significativas, siendo la aleatoriedad de la acción sísmica la principal causa. De la comparación entre los valores medianos del enfoque probabilista con los del caso determinista se observa una buena consistencia de los resultados correspondientes a edificios de baja y mediana altura, siendo menor en el comportamiento no lineal de los edificios altos. Los edificios bajos y medianos analizados tienen un comportamiento adecuado antes las acciones sísmicas de la zona de estudio, pero los edificios altos tienen un mayor riesgo sísmico y podrían tener daños leves o moderados. Se concluye que el enfoque probabilista proporciona información más rica sobre la respuesta estructural.The probabilistic analysis of the seismic performance of a structure requires quantifying the uncertainties of the involved variables and parameters, including the seismic action and mechanical properties of its elements. In this article, the seismic performance of high-rise, mid-rise and low-rise of steel buildings, subjected to long duration seismic actions like those of Mexico City, is analyzed. The analysis is conducted by using a probabilistic approach. The seismic actions are selected to be compatible with the design spectra of the Mexican seismic code for soft soils and long duration earthquakes, characteristic for this region. The dynamic analyses are performed by using Monte Carlo simulations. The strength and ductility of the beams and columns are considered random variables; the seismic actions are also modelled in a probabilistic way. The damage index of Park and Ang is used. The results show that the uncertainties expected in the response are significant, being the randomness of the seismic action the main cause. From the comparison between the mean values of the probabilistic approach and those corresponding to the deterministic case, a good consistency of the result obtained for low-rise and mid-rise buildings is observed. Nevertheless, the consistency is lower in the case of high-rise buildings. The analyzed low-rise and mid-rise buildings show a good seismic performance to seismic actions, but the high-rise buildings show slight or moderate damage. It is concluded that the probabilistic approach provides a more complete information on the structural response.Peer ReviewedPostprint (published version

Evaluación del desempeño estructural de un edificio de 10 pisos mediante un análisis Pushover y propuesta de intervención en el distrito de Jesús María

El objetivo principal con el que se elaboró esta investigación fue la de evaluar el desempeño estructural de una edificación de concreto armado mediante un análisis Pushover obteniendo así la curva Pushover de la estructura y poder evaluar su comportamiento estructural en relación con diversos niveles de sismos. En la primera parte se analizó la estructura mediante el Análisis Estático Lineal y el Análisis Dinámico Modal Espectral según las especificaciones establecidas por la NTP E.030 - 2018, del que se logró obtener distorsiones de entrepiso. En la segunda parte se realizó el análisis Pushover para la estructura utilizando los métodos de normas internacionales ASCE/SEI 41-17 y FEMA 440 se evaluó el desempeño estructural a partir de los niveles de desempeño que establece el comité Visión 2000, a partir de la envergadura de la edificación en estudio. Se calculó las distorsiones máximas para el sentido X es 0.0060 y el sentido Y es 0,0065 encontrándose dentro del límite establecido por la Norma E030 que es 0.007 para edificaciones de concreto armado. Se encontró el mejor comportamiento sísmico del edificio para los distintos niveles sísmicos tanto para la dirección X y para la dirección Y para eventos sísmicos de nivel raros y muy raros, ambos enfoques demostraron que colapsa la estructura. Finalmente se realizó una propuesta de intervención mediante arriostres metálicos la cual se pudo lograr derivas máximas de entrepiso de 0.0029 en el sentido Y reduciéndose en un 55.38% mejorando de esa manera la respuesta sísmica de la edificación

Influencia del tanque elevado en la respuesta sísmica de edificaciones aporticadas de concreto armado, Pueblo libre, Lima - 2018

La presente investigación tiene como objetivo principal determinar la influencia del sistema de tanque elevado en la respuesta sísmica de edificaciones aporticadas de concreto armado en Pueblo Libre, Lima 2018. La población de esta investigación serán las estructuras de concreto armado con y sin sistema de tanque elevado y se toma como muestra no probabilísticas a las edificaciones de 4, 6 y 8 niveles, haciendo mayor enfoque a la investigación. Se manipulo la variable independiente con características en el sistema de tanque elevado sobre las estructuras, buscando conocer el nivel de influencia hacia la variable dependiente mediante una metodología de diseño experimental y un nivel de investigación correlacional. El sistema de tanque elevado que actúa sobre la edificación de estudio es considerado un elemento no estructural, al cual se le conoce como apéndice o amortiguador de masa sintonizada debido a su masa concentrada, esta estará ubicada en la parte superior de la edificación la cual tendrá porcentajes de peso en función al último nivel de la estructura. Las estructuras de estudio tendrán diferentes configuraciones, buscando ampliar el rango de respuestas símicas para la investigación. Según los resultados obtenidos en la presente investigación, se obtuvo que la respuesta sísmica en los periodos, las aceleraciones de piso y las distorsiones de entre piso se reducen variando el porcentaje del peso en el tanque elevado entre el 20%, 40% y 60% en relación peso del ultimo nivel, reduciendo así hasta un 8.4% en las distorsiones máximas y 17.50% para las aceleraciones máximas. El periodo se incrementa respectivamente debido a que el tanque elevado trabaja como un disipador de energía (TMD), el cual cuenta con masa y rigidez. Se concluye que los resultados obtenidos muestran que existe una influencia favorable en la respuesta sísmica de las edificaciones aporticadas de concreto armado debido al sistema de tanque elevado

Respuesta no-lineal de estructuras de concreto armado de un piso sometidas a solicitaciones sísmicas bi-direccionales con ángulos de incidencia variables

El Perú se encuentra en una zona de alta sismicidad y los sismos muestran lo vulnerables que son las edificaciones. La norma de diseño sismorresistente de estructuras E.030, no toma en cuenta la bi-direccionalidad del sismo. La norma asume que las acciones sísmicas actúan independientemente en cada una de las dos direcciones principales ortogonales o aproximadamente ortogonales del edificio. La acción sísmica separada es válida si la dirección predominante es coincidente con una de las direcciones principales. Si el sismo tiene dos componentes horizontales de acciones simultáneas importantes, además el agravante que el movimiento sísmico experimenta cambios en la dirección de incidencia y magnitud durante la ocurrencia del evento. Se puede suponer entonces que las respuestas calculadas por el análisis que indican las normas que no consideran la direccionalidad del sismo, no sean las verdaderas respuestas que se generan en las estructuras.Tesi

Respuesta torsional de edificios en el marco del análisis pushover

Este trabajo emplea el análisis pushover clásico para observar los efectos de excentricidad, fuerzas laterales ortogonales y de los factores de amplificación empleados en el diseño por torsión en la respuesta lateral estática no lineal de edificios, a base de marcos tridimensionales de baja altura. El objetivo de este estudio es identificar si con este análisis, se observan los mismos efectos y comportamientos de algunas de las principales variables dentro del problema de torsión que se han observado en análisis dinámicos no lineales previos. Los cálculos muestran que los resultados obtenidos a través del análisis pushover son consistentes con las conclusiones derivadas de análisis dinámicos tridimensionales no lineales. Esto sustenta la hipótesis de que el análisis pushover clásico puede ser una herramienta de mucho valor para el diseño y la evaluación de edificios tridimensionales con torsión a base de marcos