3.01 Tesis doctorado

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Análisis de fragilidad sísmica de edificaciones de albañilería armada de bloques de hormigón parcialmente rellenos
(2021) Ramírez Bolaños, Pablo Andrés; Almazán Campillay, José Luis; Sandoval Mandujano, Cristián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
La albañilería armada es uno de los sistemas estructurales más utilizados a nivel mundial para la construcción de edificaciones de baja y mediana altura, en zonas de alta y moderada actividad sísmica. En el caso de Chile, cerca del 32% de todo el inventario de construcciones residenciales lo constituyen edificaciones de albañilería armada. Según los últimos antecedentes sísmicos reportados en el país, un número importante de estas estructuras han presentado un desempeño sísmico desfavorable ante terremotos de moderada y severa intensidad. Esto refleja que deficiencias en el diseño sismo-resistente y/o defectos constructivos pueden haber sido las causas de este mal comportamiento. Con base en esta situación y considerando el contexto del riesgo sísmico en Chile, una evaluación del desempeño sísmico para estas edificaciones se hace necesario realizar, particularmente para aquellas construcciones que se encuentran localizadas en áreas densamente pobladas y en zonas, donde el silencio sísmico ha prevalecido por largo tiempo. Con este enfoque, la presente investigación desarrolla un análisis de fragilidad para estimar la probabilidad de daño esperada en una edificación-tipo de albañilería armada, considerando la variabilidad del movimiento del terreno como la principal fuente de influencia en la incertidumbre de la respuesta sísmica. El prototipo de edificación estudiado corresponde a una vivienda social típica de dos pisos representativa de albañilerías chilenas y estructurada en base a muros de albañilería armada de bloques huecos de hormigón parcialmente rellenos (PG-RCMSW, por sus siglas en inglés). Como apoyo para el desarrollo del análisis de fragilidad, un estudio experimental y numérico es también abordado. En el estudio experimental, las propiedades mecánicas de la albañilería son caracterizadas y la respuesta cíclica de diez muros PG-RCMSW sometidos a cargas laterales reversibles en su propio plano, es analizada para tres variables de diseño: relación de aspecto, cuantía de acero de refuerzo horizontal y nivel precompresión axial. En el estudio numérico, un modelo histerético simple es implementado para reproducir el comportamiento inelástico de los muros ensayados, y un modelo numérico de elementos finitos es propuesto para simular la relación constitutiva fuerza–deformación para una condición de carga monotónica. Con base en los resultados obtenidos de estos estudios, un modelo dinámico simplificado es formulado y funciones de fragilidad, para tres estados límites distintos son derivadas utilizando el enfoque del análisis dinámico incremental (IDA) y el método de análisis de múltiples bandas (MSA). Finalmente, como ejemplo de aplicación, la fragilidad sísmica de la edificación-tipo es estimada para un escenario sísmico determinístico localizado en el norte de Chile, donde la albañilería conformada por muros de bloques de hormigón prevalece como sistema estructural. Como conclusión del análisis de fragilidad, se encuentra que la severidad de los daños esperados para este tipo de construcciones depende principalmente de la configuración geométrica y estructural de los machones que se originan entre las aberturas de los muros resistentes. Un diseño o reforzamiento apropiado para estos elementos, conduciría en alguna medida, a reducir la vulnerabilidad sísmica de estas estructuras ante movimientos sísmicos fuertes.
Seismic performance factors for wood frame buildings in Chile
(2020) Estrella Arcos, Edisson Xavier; Almazán Campillay, José Luis; Guindos Bretones, Pablo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.Los factores de diseño sísmico son una herramienta ingenieril para estimar las demandas de fuerza y desplazamiento en estructuras diseñadas a través de métodos lineales de análisis. En Chile, la normativa NCh433 proporciona las regulaciones, requerimientos, y factores para el diseño sísmicos de varias tipologías y sistemas estructurales. Sin embargo, cuando se trata de estructuras de madera marco-plataforma, investigaciones anteriores han encontrado que las disposiciones de la normativa NCh433 son altamente restrictivas y resultan el diseños sobreconservadores. Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. 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Por lo tanto, este proyecto presenta una investigación numérica y experimental que apunta a proponer factores de diseño sísmico menos restrictivos para edificaciones marcoplataforma. Siguiendo la metodología FEMA P-695, esta investigación abarcó: (1) pruebas experimentales de materiales, conexiones, y especímenes a escala real, (2) desarrollo de modelos numéricos no-lineales detallados y simplificados, (3) creación de un nuevo set de registros sísmicos FEMA P-695 para zonas de subducción, y (4) análisis del desempeño sísmicos de un exhaustivo conjunto de arquetipos estructurales. Se analizaron 201 edificaciones y los resultados mostraron que cambiar los factores de diseño sísmicos NCh433 de R = 5.5 & Dmax = 0.002 hacia R = 6.5 & Dmax = 0.004 reduce el margen de colapso de estructuras marco-plataforma en 13.3% pero mantiene la probabilidad de colapso bajo 20% para todos los arquetipos analizados. Además, mejora la relación costo-beneficios de las edificaciones e incrementa su competitividad al compararlas con otros sistemas estructurales, ya que se encontraron ahorros del 40.4% en clavado, 15.9% en paneles de OSB, y 7.3% en piederechos para el caso de estudios de una edificación de cinco pisos. Análisis adicionales mostraron que las edificaciones diseñadas con los nuevos factores propuestos alcanzaron el “enhanced performance objective” definido por el estándar ASCE 41-17, garantizando un daño estructural y no estructural despreciable bajo demandas sísmicas de alta recurrencia. Finalmente, los resultados dinámicos revelaron que 87% de los arquetipos colapsaron en los pisos primero y segundo, y que el corte mínimo Cmin requerido en el estándar NCh433 es algo restrictivo para tipos de suelo A, B, y C, llevando a resultados conservadores al compararlos con arquetipos donde el requerimiento de Cmin no controló el diseño estructural.

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