Seismic vulnerability evaluation of reinforced concrete shear wall buildings in Chile.

Un porcentaje muy bajo de edificios de concreto reforzado sufrieron daños en el terremoto del Maule en 2010 (Mw 8.8), pese a verse sometidos a aceleraciones significativamente mayores que las prescritas por el código de diseño sísmico de Chile. Esta observación sugiere que la capacidad de tales edificios es en realidad mucho mayor que la requerida por el código de diseño sísmico. Para profundizar en este tema, se analizan en esta disertación, tres edificios reales de 5, 17 y 26 pisos que resistieron el terremoto del Maule sin daños apreciables. Se realizaron tres análisis distintos, que corresponden con los tres artículos que componen esta disertación. En una primera serie de análisis (artículo I) se adopta un modelo elástico lineal. Se parte con un análisis “nominal” que utiliza procedimientos de análisis convencionales para el cálculo de las demandas sísmicas y de las capacidades de los elementos. Posteriormente, se pasa a un análisis “efectivo” donde las demandas sísmicas se calculan realizando un análisis de respuesta en el tiempo, y las capacidades de los elementos se estiman mediante procedimientos más avanzados. Se evalúan varios supuestos de modelación y aspectos del código de diseño. También se considera el posible levantamiento de las fundaciones colocando en la base, resortes no lineales sin rigidez a tracción. Los resultados dados por el análisis nominal son consistentes con la falta de daño observada en el edificio de 5 pisos, pero no en los edificios de 17 y 26 pisos. Los resultados dados por el análisis efectivo (es decir de respuesta en el tiempo) sí son consistentes, pero solo cuando se considera el levantamiento de la fundación. Finalmente, se discute la idoneidad de los modelos linealmente elásticos de hormigón para evaluar la respuesta de estructuras de muros de corte sin daño aparente y sometidas a fuertes demandas sísmicas. En la siguiente serie de análisis (artículo II), los dos edificios más altos (17 y 26 pisos) se analizaron utilizando modelos de elementos finitos totalmente no lineales, es decir, modelos que incluyen comportamiento no lineal de los materiales y no linealidades geométricas. La modelación de los muros se validó reproduciendo los resultados de ensayos estáticos cíclicos de muros aislados disponibles en la literatura. Se realizaron varios análisis de pushover para evaluar la influencia de varios aspectos de modelación en la respuesta global de los edificios. Se realizaron también, análisis de respuesta en el tiempo con un registro del Terremoto del Maule tomado en Santiago Centro. En general, los resultados del análisis dinámico (tanto para aspectos globales como locales) son consistentes con los resultados del análisis de pushover y con la falta de daño observada empíricamente. una consistencia que no se encontró con los modelos linealmente elásticos. Se encontró que el drift de entrepiso tangencial se correlaciona mucho mejor con la falta de daño observable que el drift de entrepiso total, que el que típicamente se utiliza en la práctica. El análisis también reveló que el levantamiento de la fundación es posible pero no parece influir significativamente en la respuesta. Otros aspectos de modelación que mostraron ser relevantes son la rigidez a corte de los muros y la influencia de las losas. En general se observó que la degradación de rigidez que puede esperarse ante demandas sísmicas similares a las del Terremoto del Maule, conlleva un alargamiento del período que reduce las aceleraciones espectrales que enfrentan estos edificios, protegiendo la integridad estructural de los elementos. Finalmente, en función de los resultados del análisis de pushover comentados anteriormente se estudió más a fondo la rigidez a corte de los muros y la rigidez a flexión de las losas. Se encontró que en la literatura existe una gran dispersión de valores recomendados de rigidez efectiva a corte de muros (GAeff) y a flexión de las losas (EIeff). Un análisis probabilístico basado en curvas de fragilidad es una metodología robusta para evaluar la influencia de estos parámetros en el desempeño esperado de este tipo de edificios, pero dichos estudios son escasos por requerir análisis muy demandantes computacionalmente con el Análisis Dinámico Incremental (IDA, por sus siglas en inglés). Es por esto que en la última serie de análisis (artículo III) se utiliza el recientemente introducido SPO2FRAG, un procedimiento simplificado que en lugar de IDA utiliza curvas de pushover para estimar curvas fragilidad, lo que resulta mucho más factible en términos computacionales. Las curvas obtenidas con SPO2FRAG se utilizaron para evaluar la influencia del GAeff y el EIeff en la respuesta sísmica de los 2 casos de estudio más altos. La fragilidad de los edificios demostró ser sensible a las variaciones de ambas rigideces. A pesar de tener muros bastante esbeltos, la influencia des GAeff fue notable, particularmente en los estados límite bajos, donde los resultados obtenidos para valores altos de GAeff fueron más consistentes con el desempeño empírico del edificio de 17 pisos. El análisis del edificio de 26 pisos muestra un desempeño sísmico que no es consistente con las observaciones empíricas, lo que sugiere que esta metodología tiene limitaciones en estructuras altas. Se identifica una contribución significativa de la rigidez a flexión de las losas, incluso cuando se asumen valores bajos del EIeff.