Thesis:

Efecto de la duración de los registros sísmicos en muros de hormigón armado

El efecto de la duración de los registros sísmicos en el colapso estructural ha sido objeto de estudio en las últimas décadas, debido al daño observado después de sismos de gran magnitud y larga duración, como los terremotos del Maule (Chile, 2010) y Tohoku (Japón, 2011). Estudios analíticos previos que consideran modelos no lineales de marcos y columnas han evidenciado un impacto negativo en la capacidad de colapso, así como un incremento en la demanda de parámetros acumulativos. Sin embargo, la mayoría de estos estudios se han enfocado en sistemas estructurales distintos a los muros de hormigón armado, siendo limitada la literatura disponible sobre este sistema en particular. Los terremotos en Chile suelen ser de larga duración y gran magnitud, debido principalmente a los sismos interplaca generados entre la placa de Nazca y la placa Sudamericana. Esta característica, sumada al hecho de que los muros de hormigón armado constituyen el sistema estructural sismo-resistente preferido en edificios, motiva el presente estudio centrado en analizar el efecto de la duración de los registros sísmicos sobre la capacidad de colapso y sobre parámetros de demanda ingenieril en muros de hormigón armado con comportamiento predominantemente a flexión. Los muros fueron diseñados inicialmente siguiendo la norma de diseño sísmico chilena. Se analizaron muros de distintas alturas y masas, con el objetivo de abarcar una mayor variabilidad en configuraciones y periodos fundamentales. Posteriormente, se desarrollaron modelos no lineales utilizando elementos de plasticidad distribuida, los cuales fueron calibrados con datos experimentales, poniendo especial énfasis en la modelación de la degradación de rigidez y resistencia. Para aislar la influencia de la duración respecto a otras características de los registros sísmicos, se utilizó el método del espectro medio equivalente, considerando un conjunto de registros de larga y corta duración. A continuación, se compararon los resultados obtenidos a partir de distintos análisis dinámicos incrementales para ambos conjuntos. Finalmente, se generaron curvas de fragilidad utilizando como medida de intensidad la aceleración espectral en el periodo fundamental de la estructura. Los resultados muestran que el conjunto de registros de larga duración disminuye el desplazamiento relativo promedio de colapso y la intensidad promedio de colapso en muros con periodos medios y largos, en comparación con los registros de corta duración. Asimismo, se determinó que se requiere una intensidad media menor para alcanzar estados límite de daño moderado y colapso en los mismos modelos de muros. Por último, se concluye que la degradación constituye un parámetro de modelación clave; de no ser considerada, se podría subestimar significativamente el daño en muros de hormigón armado.

The effect of seismic record duration on structural collapse has been a subject of study in recent decades, due to the damage observed after high-magnitude and long-duration earthquakes such as the Maule (Chile, 2010) and Tohoku (Japan, 2011) events. Previous analytical studies using nonlinear models of frames and columns have shown a negative impact on collapse capacity, as well as an increase in the demand for cumulative parameters. However, most of these studies have focused on structural systems other than reinforced concrete walls, and the available literature on this particular system remains limited. Earthquakes in Chile are generally long in duration and high in magnitude, primarily due to interplate seismic events generated between the Nazca and South American plates. This characteristic, together with the fact that reinforced concrete walls are the preferred seismic-resistant structural system in buildings, motivates this study focused on analyzing the effect of seismic record duration on collapse capacity and on engineering demand parameters in predominantly flexure-controlled reinforced concrete walls. The walls were initially designed according to the Chilean seismic design code. Walls of various heights and masses were analyzed to capture a wide range of configurations and fundamental periods. Nonlinear models were then developed using distributed plasticity elements, which were calibrated with experimental data, with special emphasis on modeling stiffness and strength degradation. To isolate the influence of duration from other seismic record characteristics, the equivalent average spectrum method was used, considering a set of long- and short-duration records. Subsequently, results from different incremental dynamic analyses were compared for both record sets. Finally, fragility curves were developed using spectral acceleration at the structure’s fundamental period as the intensity measure. The results show that the set of long-duration records decreases the average relative collapse displacement and average collapse intensity in medium- and long-period walls, compared to short-duration records. Furthermore, it was determined that a lower median intensity is required to reach moderate damage and collapse limit states in the same wall models. Lastly, it is concluded that degradation is a key modeling parameter; if not considered, the damage in reinforced concrete walls could be significantly underestimated.