Evaluación probabilista del riesgo sísmico de estructuras con base en la degradación de rigidez

Abstract

El análisis dinámico incremental es una poderosa herramienta para evaluar la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de edificios. Permite calcular el daño global de estructuras para diferentes aceleraciones máximas del terreno y representar este resultado por medio de curvas de daño. Dichas curvas se utilizan para evaluar el riesgo sísmico a nivel urbano. Aunque el uso de este método en un entorno probabilista requiere un considerable esfuerzo computacional, este debe ser el método de referencia para el cálculo de las mencionadas curvas. Sin embargo, resulta de interés práctico disponer de un método más sencillo que utilice, por ejemplo, el análisis estático no lineal incremental (pushover analysis) para evaluar la vulnerabilidad sísmica y el riesgo de los edificios, que permita obtener resultados similares a los obtenidos usando el análisis dinámico incremental. Haciendo referencia a los métodos basados en la capacidad y la demanda, habitualmente se han utilizado opiniones de expertos para definir los umbrales de los estados de daño a partir del punto de plastificación y del desplazamiento máximo espectral identificado en el espectro de capacidad bilineal. Por lo tanto, en el artículo se propone un nuevo procedimiento para la definición de los umbrales de los estados de daño, con base en la degradación de la rigidez de la estructura. El problema se aborda mediante un método totalmente probabilista utilizando la simulación por Monte Carlo con el fin de comparar de una manera rigurosa los resultados obtenidos con los proporcionados por el análisis dinámico incremental.

The incremental dynamic analysis is a powerful tool for evaluating the seismic vulnerability and risk of buildings. It allows calculating the global damage of structures for different peak ground accelerations, PGA, and representing this result by means of damage curves. Such curves are currently used to obtain seismic risk scenarios at urban level. Even if the application of this method in a probabilistic environment requires a relevant computational effort, this has to be the reference method for determining those curves. Nevertheless, it would be of high practical interest to have a simpler method based, for instance, on pushover analysis, for assessing the seismic vulnerability and risk of buildings, which allows obtaining results similar to those based on the incremental dynamic analysis. Referring to the capacity-spectrum-based-methods, expert opinions have been used in previous researches for defining damage states thresholds starting from the yielding and the ultimate spectral displacement identified in the bilinear capacity spectrum. Therefore, we propose in this article a new procedure for defining the damage states thresholds, based on the stiffness degradation of reinforced concrete building, and a fully probabilistic approach is tackled by means of Monte Carlo simulations. It is demonstrated in the paper that the obtained results are in good agreement with those calculated using the incremental dynamic analysis.