Metodología para la determinación de curvas de fragilidad analíticas y matrices de probabilidad de daño

Abstract

La ocurrencia de sismos en México ha dejado infraestructura dañada, y el aprendizaje a través de la evaluación de daños ocasionados por los sismos, entre otros estudios, permitirán poder mitigar el riesgo sísmico al que están expuestas las edificaciones. En esta tesis se desarrolló una metodología que permite estimar, de manera razonable, el daño sísmico esperado en edificaciones de concreto y mampostería reforzada, de la Ciudad de México; a través del uso de curvas de fragilidad analíticas y matrices de probabilidad de daño. El estudio incluye la definición de escenarios sísmicos, con lo que es posible evaluar el riego sísmico en edificaciones. La metodología incluye el modelado y análisis de estructuras caracterizadas por su curva de capacidad; además, se establecen estados discretos de daño mediante el uso de articulaciones plásticas (modelo de inelasticidad concentrada) en los elementos estructurales. La acción sísmica se define mediante estudios de peligro sísmico para la Ciudad de México, en particular la Colonia Roma (Gómez-Bernal et al. 2005 y Juárez-García et al. 2004) como sitio de interés. Se utilizaron registros de aceleraciones de terreno, para caracterizar la respuesta dinámica del suelo. Al conocer la respuesta estructural dada una solicitación sísmica, además de considerar la incertidumbre de las propiedades mecánicas de los elementos estructurales que conforman la estructura, y con procedimientos estadísticos, es posible generar curvas de fragilidad analíticas. Estas curvas son funciones que representan la vulnerabilidad de una estructura (porcentaje de daño) cuando está sometida a diversos niveles de intensidad sísmica. Para el cálculo de la respuesta sísmica probabilista, se recurre al método de los estimadores puntuales (Rosenblueth, 1981). Esta metodología utiliza novedosas técnicas de análisis estructural, basadas en la estimación del daño mediante la consideración del comportamiento no lineal de los materiales en los elementos que conforman a la estructura y sus posibles efectos geométricos. Por lo tanto, se requiere de una mayor cantidad y calidad de información, así como de herramientas computaciones avanzadas. Así, esta metodología es muy completa, pero debe enfatizarse que resulta costosa, en términos de tiempo de cómputo y calidad de datos.

The occurrence of earthquake in México has left damaged infrastructure, and learning through the damage evaluation caused for earthquakes, between other studies, allow to can mitigate seismic risk to which they the exposed buildings. This thesis presents a methodology to estimate reasonably, expected seismic damage to buildings of concrete and reinforced masonry of the Mexico City; will be developed through the use of analytical fragility curves and damage probability matrices. The study will include the definition of seismic scenarios, which will be possible to evaluate the seismic risk buildings. The methodology includes, the modeling and analysis of structures characterized by their capacity curve; and also discrete states of damage are set by using plastic hinges (model concentrated inelasticity) structural elements. The seismic action is defined by seismic hazard studies for the City of Mexico, particularly as a site of interest; Colonia Roma (Gomez Bernal et al. 2005). Acceleration records of land will be used to characterize the dynamic response of the soil. Knowing the seismic response of a structure, in addition to considering the uncertainty of the mechanical properties of the structural elements of the structure, and using statistical methods, it is possible to generate analytical fragility curves. These curves are functions that represent the vulnerability of a structure (percentage of damage), when it is subjected to different levels of seismic intensity. To calculate the probabilistic seismic response is used the method of the point’s estimates (Rosenblueth, 1981). This is a methodology that uses innovative techniques of structural analysis, based on the estimate of damage, considering the nonlinear behavior of materials in the elements of the structure and the possible geometrical effects. Therefore, it requires a greater amount and quality of information and advanced computation tools. Thus, this methodology is very comprehensive, but it should be emphasized that is costly in terms of computing time and data quality.