Confiabilidad De Sistemas Estructurales Bajo Acciones Sísmicas

Abstract

El objetivo del diseño de una obra civil, en particular de su estructura resistente, es lograr
un comportamiento satisfactorio durante el tiempo de su vida útil. Bajo acciones sísmicas, con
importantes incertidumbres, este objetivo debe pensarse en términos probabilísticos,
evaluando la probabilidad de falla1,2.
La “Ingeniería sísmica basada en la performance”3,4 es un procedimiento para obtener
construcciones de comportamiento sísmico más predecible y cuantificable, poder evaluar y
controlar el riesgo sísmico con un predeterminado nivel de aceptabilidad, minimizando el
costo total. Se definen varios niveles de performance, o desempeño, que son estados límites
de daño, y niveles de terremotos de diseño en función del período de retorno o probabilidad
de excedencia en cierto número de años. Luego, de acuerdo al tipo y destino de la
construcción, se seleccionan objetivos de performance que significan lograr un cierto nivel de
performance para cada nivel de terremoto de diseño.
En formato probabilístico la acción sísmica y la capacidad estructural se representan con
variables aleatorias, luego se evalúa la “probabilidad de falla” o probabilidad de excedencia
anual de cada nivel de performance o estado límite. Finalmente se comparan con
probabilidades de falla tolerables.
En problemas con acciones sísmicas el comportamiento estructural es dinámico y
fuertemente no lineal, entonces se debe recurrir a técnicas de simulación para evaluar la
confiabilidad del sistema, porque no es posible establecer una relación explícita entre las
variables básicas y la respuesta estructural para formular los estados límites.
Pero cada simulación consiste en encontrar la historia de la respuesta dinámica no lineal
del sistema estructural para un acelerograma generado (miembro del proceso aleatorio). Es
evidente que el procedimiento de Monte Carlo, y aún con técnicas de reducción de variancia1,
es impracticable.
Para superar esta dificultad, en este trabajo se utilizan dos tipos de aproximaciones en la
respuesta estructural:
a) Método de la superficie de respuesta5,6 : donde la verdadera respuesta se aproxima con una
superficie cuadrática definida con un número reducido de simulaciones numéricas, es decir de
análisis dinámico no lineal con el método de los elementos finitos.
b) Método de interpolación local7 : a partir de una cantidad reducida de puntos con resultados
determinísticos convenientemente ubicados, la respuesta estructural se obtiene con una
superficie ajustada localmente entre los puntos más cercanos a donde se requiere la respuesta.
Los análisis dinámico no lineal del sistema estructural espacial se realizan con un modelo8
que consiste en un conjunto de planos verticales resistentes conectados con una losa rígida en
cada piso. Cada plano, a su vez, se discretiza con elementos de barra no lineal.
Estas técnicas numéricas se aplican al análisis de la confiabilidad de un edificio de cinco
pisos solicitado por cargas permanentes más la acción sísmica correspondiente a la ciudad de
Mendoza, poniéndose en evidencia la potencialidad de las metodologías.