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21/05/2020
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EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO Y
RESILIENCIA DE EDIFICIOS CON MUROS DE
CONCRETO ARMADO
VLACEV TOLEDO ESPINOZACEO de la Comunidad para la Ingeniería Civil
www.cingcivil.com – comunidad@cingcivil.com
I CONGRESO CCIP-ICA
23 de MAYO de 2020
PRESENTACIÓN 2
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
• Ingeniero Civil.
• CEO de la Comunidad para la Ingeniería Civil.
• Con estudios de Doctorado en Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural – Universidad Politécnica de Cataluña (UPC), y Maestría en Ingeniería del Terreno e Ingeniería Sísmica – Universidad Politécnica de Cataluña (UPC).
• Structural Earthquake Engineering for BuildingsCertificate Program del ASCE.
• Profesor Universitario.
• Consultor Estructural en diversos proyectos de Obras Civiles y en Dirección de Proyectos de la Construcción.
• Experticia técnica en nuevos diseños; evaluación y retrofit sísmico de edificios y puentes existentes; análisis no lineal; aislamiento en la base, amortiguadores y disipadores sísmicos; reforzamiento con sistemas de polímeros reforzados con fibra (FRP); estudio de pérdidas máximas probables (PML Study); gerenciamiento y evaluación del riesgo de desastres naturales; evaluación de la peligrosidad sísmica probabilística (PSHA); y Lean.
Vlacev Toledo EspinozaM.ASCE, M.SEI, M.ACI
comunidad@cingcivil.com
PRESENTACIÓN 3
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
Comunidad para la Ingeniería Civil
Creado en 2008, para brindar servicios de asesoría en las diversas áreas de la Ingeniería Civil, cubriendo la consultoría, supervisión y gerenciamiento de diversos proyectos en el ámbito industrial, minero, inmobiliario, y demás actividades de la
construcción, gerenciamiento en riesgo de desastres.
Capacitación en temas de Ingeniería Estructural, Ingeniería de Puentes, Ingeniería Sísmica Tradicional e Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño (PBEE), Análisis No
Lineal de Estructuras, Métodos Numéricos y Elementos Finitos Aplicados a la Ingeniería Civil.
https://www.cingcivil.com/ comunidad@cingcivil.com
PRESENTACIÓN 4
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TERREMOTO DE L’AQUILA EN ITALIA EL 6 DE ABRIL DE 2009SISMO DE 6.3 GRADOS EN LA ZONA CENTRAL DE LA PENÍNSULA ITÁLICA
Fuente: Desconocido
PRESENTACIÓN 5
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TERREMOTO DE L’AQUILA EN ITALIA EL 6 DE ABRIL DE 2009SISMO DE 6.3 GRADOS EN LA ZONA CENTRAL DE LA PENÍNSULA ITÁLICA
Fuente: Desconocido
COSTOS DE REPARACIÓN (DOLLARS)
TIEMPO DE INACTIVIDAD (DOWNTIME)
NÚMERO DE MUERTOS Y HERIDOS (DEATH)
309 MUERTOS, 1500 HERIDOS y PÉRDIDAS
POR 10 MIL MILLONES DE DÓLARES
PRESENTACIÓN 6
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
Resumen
En esta conferencia se realiza una inmersión en los conceptos sobre el estado del arte de la Ingeniería Sísmica. Se evalúa un edificio de concreto armado con muros de corte mediante la Ingeniería Sísmica Tradicional mediante el ASCE 7, como diseño preliminar; para luego cubrir conceptos de evaluación sísmica tomando en cuenta el ASCE 41, estándar utilizado por la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño en su Primera Generación; por último se
evalúan las consecuencias (costo y tiempo de reparación, muertos y heridos), empleando el FEMA P-58 con lineamientos de la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño en su Segunda Generación y el REDi™ Rating
System para la Ingeniería Sísmica Basada en Resiliencia
21/05/2020
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1. Objetivos.
2. Concepto de Desempeño Estructural Sísmico.
3. Ingeniería Sísmica Tradicional.
4. Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño (PBEE) – Primera
Generación.
5. Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño (PBEE) –
Segunda Generación.
6. Ingeniería Sísmica Basada en Resiliencia.
7. Aplicación del FEMA P-58 a Edificios con Muros de
Concreto Armado.
CONTENIDO 7
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CONTENIDO
Objetivos
OBJETIVOS 8
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
1
OBJETIVOS 9
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
OBJETIVOS
• Proporcionar una visión general acerca del concepto de Desempeño Estructural Sísmico.
• Comprender los conceptos de la Ingeniería Sísmica Tradicional.
• Descubrir la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño (PBEE) en su Primera Generación.
• Explorar las posibilidades de la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño (PBEE) – Segunda Generación.
Concepto de Desempeño Estructural
Sísmico
CONCEPTO DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL SÍSMICO 10
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
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CONCEPTO DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL SÍSMICO 11
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
¿Cómo se evalúa el Desempeño Estructural?
¿Qué es la filosofía de diseño y qué refleja?(Revisión del ASCE 7 y E030)
¿Los indicadores ingenieriles (desplazamientos y distorsiones angulares de piso) permitirán evaluar el
Desempeño Estructural?
RIESGO = AMENAZA X VULNERABILIDAD
DESASTRE = EVENTO X VULNERABILIDAD
CONCEPTO DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL SÍSMICO 12
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CONCEPTOS DE RIESGO Y DESASTRE
Riesgo y Desastre Sísmico: con base en variables de decisión (costo de reparación, tiempo de reparación, fatalidades y heridos, carteles de seguridad)
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Ingeniería Sísmica Tradicional
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 13
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
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INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 14
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
FUERZAS LATERALES EQUIVALENTES (FHE)
F1
F2
F3
F4M4
M3
M2
M1
K4
K3
K2
K1
DT1
DT2
DT3
DT4
Patrón de Carga
Vbase = Cs x W = F1+F2+F3+F4
Cs: aceleración (Z), factor de importancia (U), forma
espectral (C), tipo de suelo (S), factor de modificación
de respuesta (R)
Vbase = Cs x W
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 15
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
ANÁLISIS MODAL DE RESPUESTA ESPECTRAL
M4
M3
M2
M1
K4
K3
K2
K1
1º Modo de Vibración
3º Modo de Vibración
2º Modo de Vibración
Valores y Vectores Propios
Factor de Participación y % Participación de Masa Modal
Transformación Modal
# Modos al 90% de la Masa Efectiva Sísmica
Combinación Modal
Combinación Direccional
Desplazamientos
Fuerzas
Análisis ModalMü + Ku = 0
Análisis de Respuesta Espectral
Sa = Cs x g
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 16
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
DISTORSIÓN ANGULAR DE PISO
La deriva calculada en el centro de masas del piso o en las esquinas
DER2
DERIVA DE PISO = DTPISO – DTPISO INFERIOR
DISTORSIÓN ANGULAR DE PISO (Δe)(Δe) = DERIVA DE PISO / ALTURA DEL PISO
Análisis Estructural con Carga Sísmica
Reducida
Deriva AmplificadaRevisión del Criterio
de Aceptabilidad
Δ =Δe x R x A • Regulares, A = 0.75
• Irregulares, A = 0.85
h1
h2
DT2
DT1
DER1
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 17
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
PROCESO DE DISEÑO
No queda obvio el nivel de desempeño evaluado, sólo queda plasmado de forma cualitativa en la normativa sísmica a utilizar
DISEÑO SÍSMICO TRADICIONALMÉTODOS LINEALES ELÁSTICOS
VERIFICACIÓN DEL CRITERIO DE ACEPTABILIDAD GLOBALBASADO EN LA DISTORSIÓN ANGULAR DE PISO
DISEÑO DEL MATERIAL (BASADO EN RESISTENCIA) DE LOS ELEMENTOS Y
COMPONENTES QUE FORMAN PARTE DE LA ESTRUCTURA
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 18
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
INGENIERÍA TRADICIONAL (CONCLUSIONES)
¿Se cumplió con la filosofía de diseño de la normativa?
¿Cuánto es el costo de reparación, tiempo de inactividad, y número de muertos y heridos para el
Sismo de Diseño?
¿Los desplazamientos y distorsiones angulares de piso son niveles de daño o indicadores de riesgo?
¿Por qué se siguen dañando los edificios construidos por códigos prescriptivos?
¿Qué es la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño?
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INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 19
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
INGENIERÍA TRADICIONAL (DESEMPEÑO ESTRUCTURAL)
Tomado del FEMA P-58
“El proceso típico de diseño de un edificio no es basado endesempeño. En el proceso típico se seleccionan,proporcionan, y se detallan componentes de un edificiosatisfaciendo criterios prescriptivos (Diseño Basado enResistencia por enfoques LRFD o ASD indicados en normascomo las del AISC, ACI, etc.). Muchos de estos criterios fuerondesarrollados con la intención de proporcionar cierto nivel dedesempeño sísmico; sin embargo el desempeño previsto no esobvio, y la capacidad real de los diseños resultantes paraproporcionar el desempeño previsto es raramente entendido oevaluado”.
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 20
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
¿QUÉ ESTÁ MAL EN LOS CÓDIGOS TRADICIONALES?
• Se evalúa sólo un nivel de desempeño.
• Sólo un evento sísmico es aplicado.
• Análisis lineales elásticos.
• Ningún criterio de aceptabilidad local.
• Uso del factor R de naturaleza empírica.
• Diseño Basado en Ductilidad.
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 21
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
DISEÑO SÍSMICO BASADO EN DUCTILIDAD. ATC 3-06 de 1978, ASCE 7 de 1993
La clave de este procedimiento de análisis fue reconocer que para sistemas SDOF elasto-plásticos ideales, los desplazamientos calculados usando modelos elásticos son
aproximadamente iguales a los desplazamientos calculados usando procedimientos no lineales. Esto es referido como el “Conceto de Igual Desplazamiento”.
INGENIERÍA SÍSMICA TRADICIONAL 22
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
FACTOR R DE NATURALEZA EMPÍRICA
Curva Pushover
Distorsión Angular de Piso
Primera Fluencia Significativa
LS
Inicio delColapso
Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño
(PBEE) – Primera Generación (ASCE 41)
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 23
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
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PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 24
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
SURGIMIENTO DE LA PBEE -EVIDENCIAS
- Sismos Northridge (1994, Ms=6.8) y Kobe (1995, Ms=6.9), tuvieron cantidades elevadas de daño, de
pérdidas económicas debido al tiempo de inactividad y de costos de reparación.
- Sismos de L’Aquila (2009, Mw=6.3), Maule (2010, Mw=8.8) y México (2017, Mw=7.1), algunos hospitales
y otros edificios fueron evacuados debido a daños estructurales y no estructurales.
A pesar del desempeño satisfactorio de acuerdo a los códigos disponibles. PEER: Pacific Earthquake Engineering Research.
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PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 25
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TERREMOTO DE NORTHRIDGE EN EEUU EL 17 DE ENERO DE 1994SISMO DE 6.8 GRADOS EN EL VALLE DE SAN FERNANDO EN LOS ÁNGELES
Fuente: Desconocido
72 MUERTOS, 12.000 HERIDOS y PÉRDIDAS
POR 25 MIL MILLONES DE DÓLARES
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 26
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TERREMOTO DE KOBE EN JAPÓN EL 17 DE ENERO DE 1995SISMO DE 6.9 GRADOS EN LA REGIÓN DE KANTO
Fuente: Desconocido
6434 MUERTOS y PÉRDIDAS POR 200 MIL
MILLONES DE DÓLARES
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 27
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CONCEPTOS INCORPORADOS EN LA PBEE
• Múltiples niveles de desempeño son verificados.
• Múltiples eventos sísmicos son aplicados.
• Puede utilizarse análisis no lineales.
• Criterios de aceptabilidad locales (estructurales y no estructurales).
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 28
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL EN LA PBEE
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 29
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL EN LA PBEE
Defectos- Evaluación determinística
(puntos discretos de desempeño).
- Evaluación a nivel del elemento (no atado al desempeño global).
- Resultados específicos a los ingenieros.
Curva Pushover
Distorsión Angular de Piso
Primera Fluencia Significativa
IO
LS
CP
Inicio delColapso
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 30
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
MATRIZ DE OBJETIVOS DE DESEMPEÑO PARA LA PBEE (ASCE 41)
Un Objetivo de Desempeño lo constituye un nivel de desempeño para elementos estructurales (en número) y elementos no estructurales (en letra), y un nivel de peligrosidad
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PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 31
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD LOCAL PARA EL PUNTO DE DESEMPEÑO
IO: basado en la apariencia del daño, CP: pérdida de capacidad de resistencia (principales) o falla completa (secundarios), LS: 75% de CP
IO LS CP
Componentes Principales
IO LS CP
Componentes Secundarios
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 32
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
PRIMERA GENERACIÓN EN LA PBEE (CONCLUSIONES)
¿Se cumplió con la filosofía de diseño de la normativa?
¿Cuánto es el costo de reparación, tiempo de inactividad, y número de muertos y heridos para el
Sismo de Diseño?
¿Los desplazamientos, distorsiones angulares de piso, y las rotaciones plásticas son niveles de daño o
indicadores de riesgo?
¿Qué son los Métodos Probabilísticos Sísmicos y cómo aplicarlos?
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 33
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
PRIMERA GENERACIÓN DE LA PBEE (DESEMPEÑO ESTRUCTURAL)
Tomado del FEMA P-58
“En los procedimientos de la Primera Generación de la PBEE,el desempeño es expresado en términos de una serie deniveles de desempeño discretos identificados comoOperacional, Ocupación Inmediata, Seguridad de Vida yPrevención del Colapso. Estos niveles de desempeño sonaplicados tanto a los componentes estructurales como noestructurales, y son evaluados en un nivel especificado depeligrosidad sísmica. Se establece un vocabulario y seproporcionan medios para cuantificar y comunicar eldesempeño sísmico a la parte interesada”.
Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño
(PBEE) – Segunda Generación (FEMA P-58)
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 34
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
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PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 35
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
METODOLOGÍA PEER-PBEE
• Realiza el cálculo del desempeño de una manera rigurosa probabilística incluyendo las incertidumbres.
• Define el desempeño con base en variables de decisión que reflejan el desempeño global del sistema.
• Consiste de cuatro análisis sucesivos: (01) análisis de la peligrosidad o amenaza, (02) análisis estructural, (03)
análisis del daño, (04) análisis de pérdidas.
PEER: Pacific Earthquake Engineering Research.PBEE: Performance Based Earthquake Engineering.
PBEE – PRIMERA GENERACIÓN 36
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
DIAGRAMA DE LA METODOLOGÍA PEER-PBEE
ANÁLISIS DE LA PELIGROSIDAD
ANÁLISIS ESTRUCTURAL
ANÁLISIS DEL DAÑO
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS
VARIABLES DE DECISIÓN
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PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 37
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
PRIMERA ETAPA: HAZARD ANALYSIS
Medida de Intensidad (IM) Medida de Intensidad (IM)
Modelo de Poisson
𝑃 𝐼𝑀 = 1 − 𝑒−𝜆 𝐼𝑀 𝑡
Incertidumbres: ubicación de fallas potenciales, tasas de recurrencia-magnitudes, nivel de atenuación.
Tomar una consideración completa de las incertidumbres mediante un Análisis Probabilístico de la Peligrosidad Sísmica.
IM: PGA, PGV, Sa(T)
Curva de Peligrosidad PSHA
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 38
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
SEGUNDA ETAPA: STRUCTURAL ANALYSIS
Parámetro de Demanda Ingenieril (EDPj)
Incertidumbres: masa (por ejemplo variación en la carga viva), amortiguamiento (por ejemplo, incertidumbre epistémica en los modelos
de amortiguamiento), características del material (por ejemplo, resistencia y deformación última, módulo de elasticidad)
m=1:# de IMsj=1:# de EDPs
EDPs
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 39
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
SIMULACIÓN DE PARÁMETROS DE DEMANDA S INGENIERILES
Algoritmo de Yang: La matriz de EDPs, X, se asume lognormalconjunta. El logaritmo natural de los EDPs, Y, puede ser caracterizado por un vector medio, MY, conteniendo los logaritmos naturales de cada demanda y una matriz de
covarianzas, ΣYY. Luego se puebla con un muestreo aleatorio cada parámetro de demanda en una distribución con medio de
0 y una matriz de covarianza calculando un vector de demandas simuladas.
Δ6 (%) Δ5 (%) Δ4 (%) Δ3 (%) Δ2 (%) Δ1 (%) a6 (g) a5 (g) a4 (g) a3 (g) a2 (g) a1 (g)
1 1.121 1.105 1.107 0.949 0.742 0.410 3.381 2.284 1.270 1.219 1.139 0.893
2 0.906 0.893 0.935 0.928 0.790 0.425 2.708 1.621 1.167 1.145 1.409 1.193
3 0.710 0.645 0.622 0.598 0.461 0.295 2.873 1.729 0.834 1.247 1.380 0.928
4 0.745 0.736 0.749 0.727 0.581 0.334 2.916 1.851 1.014 1.403 1.391 0.990
5 0.735 0.690 0.720 0.720 0.619 0.343 2.428 1.518 0.938 1.023 1.045 0.788
6 0.834 0.814 0.833 0.771 0.662 0.375 3.022 1.753 1.018 1.173 1.279 0.907
7 0.989 0.978 0.919 0.771 0.738 0.454 3.601 2.221 1.214 1.706 1.774 1.119
8 1.008 0.997 1.033 1.024 0.875 0.468 2.909 1.833 1.319 1.289 1.461 0.978
9 0.788 0.775 0.757 0.710 0.624 0.354 3.653 1.980 0.974 1.586 2.013 1.393
10 1.056 1.044 1.046 0.961 0.745 0.421 3.315 2.219 1.297 1.324 1.347 1.030
11 0.799 0.785 0.776 0.569 0.544 0.356 3.069 1.875 1.015 1.416 1.507 1.216
12 0.775 0.760 0.791 0.766 0.630 0.328 2.027 1.405 1.028 0.879 0.884 0.738
13 0.959 0.947 0.958 0.881 0.739 0.407 2.271 1.687 1.201 1.081 0.888 0.698
14 0.844 0.836 0.862 0.826 0.677 0.349 1.856 1.447 1.086 0.769 0.559 0.525
10000 Distorsiones de Piso simuladas
10000 Aceleraciones
simuladas
Simulación Montecarlo
Parámetros de Demanda Ingenieril Iniciales del Análisis Historia de Respuesta del Edificio con Base
Fija en la Dirección X
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 40
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TERCERA ETAPA: DAMAGE ANALYSIS
Parámetro de Demanda Ingenieril (EDPj)
Incertidumbres: el nivel de daño de un componente muestra varianza principalmente debido a las diferencias en el patrón e historia de la respuesta estructural.
Medidas del daño (DMs) definidos en términos de niveles de daño que corresponden a medidas de reparación.
DM1 DM2 DM3 DM1 DM2 DM3
EDPj
DM1 (ligero)DM2 (moderado)
DM3 (severo)
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 41
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CUARTA ETAPA: LOSS ANALYSIS
Variable de decisión (DV) Variable de decisión (DV)
Teorema de Probabilidad
Total
Incertidumbres: la distribución de daño dentro encada grupo dañado resulta en distintos valores de DVs para el mismo DM, fluctuación en el precio de mercado.DVs que se utilizan: fatalidades, pérdidas económicas, tiempo de reparación y
carteles de seguridad.
Curva de Pérdida: 3 Ds (death,
dollars, downtime)
Υ x λ: funciones de pérdidaΥ :# de niveles de DM
λ :#de grupos dañados
La ecuación en el caso de un solo grupo dañado (DG) y sin colapso es:
El reensamblaje a la ecuación de la metodología PEER-PBEE:
PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 42
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
COMBINACIÓN DE LOS ANÁLISIS
𝑃 𝐷𝑉𝑛 =
𝑚
𝑖
𝑘
𝑃 Τ𝐷𝑉𝑛 𝐷𝑀𝑘 𝑝 Τ𝐷𝑀𝑘 𝐸𝐷𝑃𝑖 𝑝 Τ𝐸𝐷𝑃𝑖 𝐼𝑀𝑚 𝑝 𝐼𝑀𝑚
Análisis de Pérdidas
Análisis de Daños
Análisis Estructural
Análisis del Peligro
𝜆 𝐷𝑉 =ම𝐺 Τ𝐷𝑉 𝐷𝑀 𝑑𝐺 Τ𝐷𝑀 𝐸𝐷𝑃 𝑑𝐺 Τ𝐸𝐷𝑃 𝐼𝑀 𝑑𝜆 𝐼𝑀
𝝀: frecuencia media anual (MAF), G: probabilidad condicionada
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PBEE – SEGUNDA GENERACIÓN 43
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
RESULTADO: COSTOS DE REPARACIÓN
Curva de costo de reparación total y grupos de desempeño que más influyen (resultado obtenido por el programa PACT)
Ingeniería Sísmica Basada en Resiliencia
INGENIERÍA SÍSMICA BASADA EN RESILIENCIA 44
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
6
INGENIERÍA SÍSMICA BASADA EN RESILIENCIA 45
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
OBJETIVOS DE RESILIENCIA
INGENIERÍA SÍSMICA BASADA EN RESILIENCIA 46
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
HOJA DE RUTA HACIA LA RESILIENCIA
Aplicación del FEMA P-58 a Edificios con
Muros de Concreto Armado
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 47
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
7
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 48
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
MODELO PROPUESTO
Edificio de 06 Pisos, altura total de 25 metros desde la base de cimentación.
Sistema estructural dual con pórticos especiales resistentes a la carga sísmica y muros especiales de concreto
armado interiores. No es necesaria la inclusión de los efectos de Interacción Suelo-Estructura.
Superestructura con concreto armado de peso ligero y resistencia característica de 280 kg/cm2. Subestructura
con concreto armado de peso normal y resistencia característica de 210 kg/cm2.
Edificio Hospitalario Esencial
Nivel de Desempeño Mejorado,
Operacional 1-A
Ubicado en Zona de Alta Peligrosidad
Sísmica
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APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 49
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
ANÁLISIS LINEAL ELÁSTICO – DISEÑO PRELIMINAR
Opción con Base Convencional y Sistema Resistente a las Fuerzas Lateral formada por
Muros Estructurales
DISEÑO LINEAL ELÁSTICO (FLE y Modal de Respuesta Espectral)
R = 7 (sistema dual), (ASCE 7 Tabla 12.2-1)Factor de Importancia = 1.5 (ASCE 7 Tabla 12.2-1)
Cd = 5.5 (ASCE 7 Tabla 12.2-1)
T en X = 0.66 s (Análisis Modal)T en Y = 0.54 s (Análisis Modal)
Distorsión Angular Máxima Normativa = 0.015 (1.5%)Distorsión Angular Máxima Obtenida en X = 0.0054Distorsión Angular Máxima Obtenida en Y = 0.0060
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 50
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
PARÁMETROS PARA UN ANÁLISIS NO LINEAL
Vigas y Columnas se consideran elementos secundarios en
sistemas con muros especiales. Se consideran en sistemas duales
(ASCE 41/7.5.1.1).
Definir las acciones controladas por las fuerzas y contraladas por deformación (ASCE 41/7.5.1.2).
Determinar las curvas fuerza-desplazamiento y los
desplazamientos objetivo.
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Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CONSIDERACIONES DEL MODELAMIENTO NO LINEAL EN MUROS
Modelamiento de los muros, columnas, vigas, diafragmas, cimentación. Con relaciones
esfuerzo-deformación para el concreto y el acero de refuerzo.
Secciones fibra para los muros.
Plasticidad concentrada para las columnas y vigas.
Elementos Shell elásticos para los diafragmas.
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Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CURVA PUSHOVER
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 53
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
AJUSTE Y ESCALADO ESPECTRAL PARA EL ANÁLISIS HISTORIA DE RESPUESTA
0.2T = 0.13s
2.0T = 1.31s
ASCE/SEI 7 (16.2.3.3): cada par de los movimientos del terreno deberán modificarse tal que el promedio del espectro en dirección máxima para todo el grupo iguale o exceda el
110% del espectro objetivo sobre el rango definido.
ASCE 7 (16.2.2): Rango entre 0.2T y 2.0T, el límite inferior debe incluir al
menos el número de modos elásticos para alcanzar el 90% de participación
de masa en cada dirección
Ajuste y escalado de 14 movimientos
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 54
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
DISTORSIONES DE PISO –ANÁLISIS HISTORIA DE RESPUESTA NO LINEAL
MCER MCER MCER
Promedio Máximos Mínimos
Story6 0.0088 0.0112 0.0071
Story5 0.0086 0.0110 0.0064
Story4 0.0086 0.0111 0.0062
Story3 0.0080 0.0102 0.0057
Story2 0.0067 0.0088 0.0046
Story1 0.0038 0.0047 0.0029
Base 0.0000 0.0000 0.0000
en XMCER MCER MCER
Promedio Máximos Mínimos
Story6 0.0092 0.0120 0.0064
Story5 0.0094 0.0120 0.0067
Story4 0.0094 0.0115 0.0068
Story3 0.0093 0.0114 0.0068
Story2 0.0082 0.0100 0.0059
Story1 0.0045 0.0058 0.0032
Base 0.0000 0.0000 0.0000
en YDistorsión máxima para procedimiento
historia de respuesta es 0.03 (3%)
ASCE 7 (16.4.1.2)
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APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 55
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
ACELERACIONES DE PISO –ANÁLISIS HISTORIA DE RESPUESTA NO LINEAL
MCER MCER MCER
Prom. (m/s2) Max. (m/s
2) Min. (m/s
2)
Story6 28.0382 35.8214 18.1969
Story5 17.8082 22.4030 13.7821
Story4 10.7694 12.9398 8.1767
Story3 12.0908 16.7298 7.5395
Story2 12.6620 19.7414 5.4823
Story1 9.3825 13.6655 5.1462
Base 0.0000 0.0000 0.0000
en XMCER MCER MCER
Prom. (m/s2) Max. (m/s
2) Min. (m/s
2)
Story6 23.4088 31.5873 17.0443
Story5 14.1232 19.1457 11.1708
Story4 9.6436 11.8823 7.0551
Story3 10.8337 13.8208 7.2440
Story2 11.1817 13.1694 8.8738
Story1 8.7713 11.9740 6.9391
Base 0.0000 0.0000 0.0000
en Y
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 56
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FRAGILIDAD AL COLAPSO
Curva de fragilidad de colapso según opinión de expertos o criterio ingenieril
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Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
SIMULACIÓN DE DEMANDAS POR MONTECARLO
Algoritmo de Yang: La matriz de EDPs, X, se asume lognormalconjunta. El logaritmo natural de los EDPs, Y, puede ser caracterizado por un vector medio, MY, conteniendo los logaritmos naturales de cada demanda y una matriz de
covarianzas, ΣYY. Luego se puebla con un muestreo aleatorio cada parámetro de demanda en una distribución con medio de
0 y una matriz de covarianza calculando un vector de demandas simuladas.
Δ6 (%) Δ5 (%) Δ4 (%) Δ3 (%) Δ2 (%) Δ1 (%) a6 (g) a5 (g) a4 (g) a3 (g) a2 (g) a1 (g)
1 1.121 1.105 1.107 0.949 0.742 0.410 3.381 2.284 1.270 1.219 1.139 0.893
2 0.906 0.893 0.935 0.928 0.790 0.425 2.708 1.621 1.167 1.145 1.409 1.193
3 0.710 0.645 0.622 0.598 0.461 0.295 2.873 1.729 0.834 1.247 1.380 0.928
4 0.745 0.736 0.749 0.727 0.581 0.334 2.916 1.851 1.014 1.403 1.391 0.990
5 0.735 0.690 0.720 0.720 0.619 0.343 2.428 1.518 0.938 1.023 1.045 0.788
6 0.834 0.814 0.833 0.771 0.662 0.375 3.022 1.753 1.018 1.173 1.279 0.907
7 0.989 0.978 0.919 0.771 0.738 0.454 3.601 2.221 1.214 1.706 1.774 1.119
8 1.008 0.997 1.033 1.024 0.875 0.468 2.909 1.833 1.319 1.289 1.461 0.978
9 0.788 0.775 0.757 0.710 0.624 0.354 3.653 1.980 0.974 1.586 2.013 1.393
10 1.056 1.044 1.046 0.961 0.745 0.421 3.315 2.219 1.297 1.324 1.347 1.030
11 0.799 0.785 0.776 0.569 0.544 0.356 3.069 1.875 1.015 1.416 1.507 1.216
12 0.775 0.760 0.791 0.766 0.630 0.328 2.027 1.405 1.028 0.879 0.884 0.738
13 0.959 0.947 0.958 0.881 0.739 0.407 2.271 1.687 1.201 1.081 0.888 0.698
14 0.844 0.836 0.862 0.826 0.677 0.349 1.856 1.447 1.086 0.769 0.559 0.525
10000 Distorsiones de Piso simuladas
10000 Aceleraciones simuladas
Simulación Montecarlo
Parámetros de Demanda Ingenieril Iniciales del Análisis Historia de Respuesta del Edificio con
Base Fija en la Dirección X
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 58
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
GRUPOS DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
Grupos de Desempeño Estructurales para la Alternativa con Base Fija
Número de Clasificación de la
FragilidadDirección de Ingreso Número de elementos por Piso
B1041.001a 1 16
B1041.001b 1 8
B1041.001a 2 12
B1041.001b 2 12
B1041.001a: ACI 318 SMF, Conc Col&Bm = 24" x 24", Beam one side
B1041.001b: ACI 318 SMF, Conc Col&Bm = 24" x 24", Beam both sides
Número de Clasificación de la
FragilidadDirección de Ingreso Número de elementos por Piso
B1041.001a 1 18
B1041.001b 1 22
B1041.001a 2 16
B1041.001b 2 24
B1041.001a: ACI 318 SMF, Conc Col&Bm = 24" x 24", Beam one side
B1041.001b: ACI 318 SMF, Conc Col&Bm = 24" x 24", Beam both sides
Ubicación del
Muro
Número de
Clasificación de
la Fragilidad
Dirección de
IngresoPaneles
Eje 1 B1044.071 1 2.25
Eje 6 B1044.071 1 2.25
Total 4.50
Ubicación del
Muro
Número de
Clasificación de
la Fragilidad
Dirección de
IngresoPaneles
Eje B B1044.071 2 1.75
EjE E B1044.071 2 1.75
Total 3.50
B1044.071: Low rise reinforced concrete walls with boundary columns,
8" to 16" thick, height <15'
Quinto y Sexto Piso
Todos los Pisos
Primer al Cuarto Piso
Grupos de Desempeño Elementos Aporticados Grupos de Desempeño Elementos Muros
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 59
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
GRUPOS DE DESEMPEÑO NO ESTRUCTURALES
Grupos de Desempeño No Estructurales usando el “Normative Quantity Estimation Tool”
Quantity
Directional Non
Directional
B2022.001 B2022.001 Curtain Walls - Generic Midrise Stick-Built Curtain wall, Config: Monolithic, Lamination: Unknown, Glass Type: Unknown, Details: Aspect ratio = 6:5, Other details Unknown30 SF 131,41 -
B3011.011 B3011.011 Concrete tile roof, ti les secured and compliant with UBC94 100 SF - 44,11
C1011.001a C1011.001a Wall Partition, Type: Gypsum with metal studs, Full Height, Fixed Below, Fixed Above 100 LF 15,02 -
C3011.001a C3011.001a Wall Partition, Type: Gypsum + Wallpaper, Full Height, Fixed Below, Fixed Above 100 LF 3,41 -
C3027.001 C3027.001 Raised Access Floor, non seismically rated. 100 SF - 70,40
C3032.001a C3032.001a Suspended Ceiling, SDC A,B, Area (A): A < 250, Vert support only 250 SF - 39,42
C3034.001 C3034.001 Independent Pendant Lighting - non seismic 1 EA - 140,79
D2021.011a D2021.011a Cold Water Piping (dia > 2.5 inches), SDC A or B, PIPING FRAGILITY 1000 LF - 0,28
D3041.011a D3041.011a HVAC Galvanized Sheet Metal Ducting less than 6 sq. ft in cross sectional area, SDC A or B 1000 LF - 1,17
D3041.031a D3041.031a HVAC Drops / Diffusers in suspended ceilings - No independent safety wires, SDC A or B 10 EA - 15,96
D3041.041a D3041.041a Variable Air Volume (VAV) box with in-line coil, SDC A or B 10 EA - 12,20
D4011.021a D4011.021a Fire Sprinkler Water Piping - Horizontal Mains and Branches - Old Style Victaulic - Thin Wall Steel - No bracing, SDC A or B, PIPING FRAGILITY1000 LF - 3,94
D4011.031a D4011.031a Fire Sprinkler Drop Standard Threaded Steel - Dropping into unbraced lay-in tile SOFT ceiling - 6 ft. long drop maximum, SDC A or B100 EA - 1,97
D5012.021a D5012.021a Low Voltage Switchgear - Capacity: 100 to <350 Amp - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only225 AP -- 1,00
Fragility
NumberFragility Name (Primer al Cuarto Piso)
Assumed
Quantity
per
component
Quantity
Directional Non
Directional
D1014.011 D1014.011 Traction Elevator – Applies to most California Installations 1976 or later, most western states installations 1982 or later and most other U.S installations 1998 or later.1 EA -- 2,00
D3031.011a D3031.011a Chiller - Capacity: < 100 Ton - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only75 TN -- 3,00
D3031.021a D3031.021a Cooling Tower - Capacity: < 100 Ton - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only75 TN -- 3,00
D3052.011a D3052.011a Air Handling Unit - Capacity: <5000 CFM - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only4000 CF -- 12,00
D5012.013a D5012.013a Motor Control Center - Capacity: all - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only1 EA -- 3,00
D5012.021a D5012.021a Low Voltage Switchgear - Capacity: 100 to <350 Amp - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only225 AP -- 1,00
D5092.031a D5092.031a Diesel generator - Capacity: 100 to <350 kVA - Unanchored equipment that is not vibration isolated - Equipment fragility only250 KV -- 1,00
Fragility
NumberFragility Name (Quinto Piso)
Assumed
Quantity
per
Primer al Quinto Piso
Techo
Del primer al quinto piso: 50 por ciento
como “Uso de Labores de Hospital”, un 30 por ciento como “Laboratorios”, y un 20 por ciento como
“Oficinas y Varios”. El sexto Piso para
labores íntegramente para “Oficinas y Administración”.
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 60
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
ESPECIFICACIÓN DE LA FRAGILIDAD POR COMPONENTE
Función de fragilidad - ACI 318 SMF, Conc Col & Bm = 24" x 24", Beam one side. En el FEMA P-58 se dan las medidas de reparación dependiendo del nivel de daño
DS1: Vigas o uniones exhiben anchos de grietas residuales > 0.06 plg. No hay descascaramiento significativo. No hay fractura o pandeo del refuerzo
DS2: Vigas o uniones exhiben anchos de grietas residuales > 0.06 plg. Descascaramiento del recubrimiento de concreto exponiendo el refuerzo transversal de la viga y unión pero no el refuerzo longitudinal. No hay fractura o pandeo del refuerzo.
DS3: Vigas o uniones exhiben anchos de grietas residuales > 0.06 plg. Descascaramiento del recubrimiento de concreto exponiendo una longitud significativa del refuerzo longitudinal de la viga. Puede ocurrir el aplastamiento del núcleo de concreto. Puede ocurrir la fractura o pandeo del refuerzo requiriendo reemplazo.
DS1: θ = 0.0200, β =0.4DS2: θ = 0.0275, β =0.3DS3: θ = 0.0500, β =0.3
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APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 61
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
FUNCIONES DE CONSECUENCIA
Funciones de consecuencia - ACI 318 SMF, Conc Col & Bm = 24" x 24", Beam one side. Curvas de costo y tiempo totales promedio
P10 = 5DS1: COV =0.39DS2: COV =0.32DS3: COV =0.30
P90 = 20DS1: COV =0.39DS2: COV =0.32DS3: COV =0.30
P10 = 5DS1: COV =0.40DS2: COV =0.32DS3: COV =0.30 P90 = 20
DS1: COV =0.40DS2: COV =0.32DS3: COV =0.30
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 62
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
COSTOS DE REPARACIÓN
Curva de costo de reparación total y grupos de desempeño que más influyen
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 63
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
TIEMPOS DE REPARACIÓN
Curva de tiempo de reparación total y grupos de desempeño que más influyen
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 64
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
FATALIDADES
Curvas de fatalidades y heridos y grupos de desempeño que más influyen
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 65
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
COMPARATIVA PARA DOS OPCIONES
Descripción Base Fija
% Costo
Reemplazo
Total
Base Aislada
(Upper)
% Costo
Reemplazo
Total
Base Aislada
(Lower)
% Costo
Reemplazo
Total
Costo Total de Reemplazo 2144529 2641051 2641051
Costo Total de Reemplazo del Núcleo y Coberturas 1228741 1395405 1395405
Costo de Reparación (Fracción = 0.50) 674343.43 31.44% 147318.39 5.58% 104315.55 3.95%
Descripción Base FijaBase Aislada
(Upper)
Base Aislada
(Lower)
Heridos (Fracción = 0.50) 46.10 10.38 2.56
Descripción Base FijaBase Aislada
(Upper)
Base Aislada
(Lower)
Downtime (Fracción = 0.50) 3.86 1.19 0.92
Descripción Base FijaBase Aislada
(Upper)
Base Aislada
(Lower)
Muertos (Fracción = 0.50) 15.32 3.47 0.84
Análisis Basado en la Intensidad
APLICACIÓN DEL FEMA P-58 A EDIFICIOS CON MUROS DE CONCRETO ARMADO 66
Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
CURVA DE EXCEDENCIA DE PÉRDIDAS
Curva de Excedencia de PérdidasPérdida Anual EsperadaPérdida Máxima Probable
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Evaluación del Desempeño Sísmico y Resiliencia de Edificios con Muros de Concreto Armado
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https://www.cingcivil.com/?p=2204
comunidad@cingcivil.com
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO SÍSMICO Y
RESILIENCIA DE EDIFICIOS CON MUROS DE
CONCRETO ARMADO
VLACEV TOLEDO ESPINOZACEO de la Comunidad para la Ingeniería Civil
www.cingcivil.com – comunidad@cingcivil.com
I CONGRESO CCIP-ICA
23 de MAYO de 2020
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