Thesis:

Evaluación de la influencia de la fracción de amortiguamiento en las pérdidas económicas esperadas debido a terremotos en edificios de marcos de acero resistentes a momento

La elección del nivel de amortiguamiento a utilizar en el análisis estructural suele basarse en recomendaciones de normas o de la literatura. Sin embargo, estas recomendaciones tienen asociada una incertidumbre que no es evaluada por el analista. Este trabajo busca evaluar la influencia de la variabilidad de la fracción de amortiguamiento en el desempeño sísmico de estructuras de acero, utilizando las pérdidas económicas esperadas como métrica de desempeño. La metodología utilizada para la evaluación del desempeño sísmico es la ingeniería sísmica basada en el desempeño. Se analizaron 4 edificios de marcos de acero de distintas alturas, obtenidos de la literatura, diseñados de acuerdo a las normas estadounidenses. Para cada edificio se utilizaron 5 niveles de amortiguamiento, según recomendaciones obtenidas empíricamente. Cada edificio se modeló en OpenSEES, utilizando rótulas plásticas no lineales, considerando el efecto P-delta y amortiguamiento modal. Para evaluar la respuesta estructural a distintos niveles de intensidad sísmica se utilizó la metodología de análisis dinámico incremental de franjas múltiples, con 9 franjas y 40 registros por franja. Se obtuvo que la pérdida económica esperada es inversamente proporcional al nivel de amortiguamiento, afectando mayoritariamente a la pérdida asociada a intensidades bajas. Los resultados muestran que mientras más alto es el edificio, menor es la pérdida económica esperada normalizada por el costo del edificio, y que el impacto de la variabilidad del amortiguamiento decrece con la altura. También se muestra que el amortiguamiento afecta significativamente a la fragilidad de colapso de una estructura, principalmente en intensidades altas, y que a mayor amortiguamiento, menor es la probabilidad de colapso. Finalmente, se obtuvo que la deriva de piso es más sensible a la variación de amortiguamiento que la aceleración máxima de piso. Este trabajo busca aportar evidencia para la discusión acerca del nivel de amortiguamiento utilizado en el desempeño profesional de la ingeniería, y busca concientizar acerca de la importancia de esta variable.

The selection of the damping ratio used in structural analysis is typically based on code or literature recommendations. However, these recommendations are associated with uncertainty that is not usually evaluated by the analyst. This study aims to assess the influence of damping ratio variability on the seismic performance of steel structures, using expected economic losses as the performance metric. The methodology employed is performance-based earthquake engineering. Four steel moment-resisting frame buildings of different heights, taken from the literature and designed according to U.S. codes, were analyzed. For each building, five damping ratio levels were considered, based on empirically obtained recommendations. Each structure was modeled in OpenSEES using nonlinear plastic hinges, considering P-delta effects and modal damping. The structural response to different seismic intensity levels was evaluated using the multiple-stripe incremental dynamic analysis (IDA) method, with 9 stripes and 40 ground motion records per stripe. Results show that expected economic loss is inversely proportional to the damping level and mainly affects losses associated with low intensity levels. The findings also indicate that the taller the building, the lower the normalized expected loss (relative to the building cost), and that the impact of damping variability decreases with height. Additionally, damping significantly influences collapse fragility, particularly at high intensities: higher damping levels result in a lower probability of collapse. Finally, interstory drift was found to be more sensitive to damping variation than peak floor acceleration. This work seeks to provide evidence to support the discussion on the appropriate damping level to be used in professional engineering practice and to raise awareness of the importance of this variable.