Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes
Tesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP)
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repositorio: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/449708 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/2117/449708 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-449708 |
| Access Level: | acceso embargado |
| Palabra clave: | Reinforced concrete wall buildings Seismic performance assessment Expected seismic losses Performance-based earthquake engineering OpenSees numerical modeling Code-conforming prototype buildings Peruvian seismic design standards 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general 69 - Materials de construcció. Pràctiques i procediments de construcció Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil Àrees temàtiques de la UPC::Edificació |
| id |
ES_a7d0f87f8bfcfbfce4c9494a62d1b44c |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:upcommons.upc.edu:2117/449708 |
| network_acronym_str |
ES |
| network_name_str |
España |
| repository_id_str |
|
| dc.title.none.fl_str_mv |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| title |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| spellingShingle |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes Loa Canales, Gustavo Reinforced concrete wall buildings Seismic performance assessment Expected seismic losses Performance-based earthquake engineering OpenSees numerical modeling Code-conforming prototype buildings Peruvian seismic design standards 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general 69 - Materials de construcció. Pràctiques i procediments de construcció Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil Àrees temàtiques de la UPC::Edificació |
| title_short |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| title_full |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| title_fullStr |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| title_full_unstemmed |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| title_sort |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codes |
| dc.creator.none.fl_str_mv |
Loa Canales, Gustavo |
| author |
Loa Canales, Gustavo |
| author_facet |
Loa Canales, Gustavo |
| author_role |
author |
| dc.subject.none.fl_str_mv |
Reinforced concrete wall buildings Seismic performance assessment Expected seismic losses Performance-based earthquake engineering OpenSees numerical modeling Code-conforming prototype buildings Peruvian seismic design standards 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general 69 - Materials de construcció. Pràctiques i procediments de construcció Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil Àrees temàtiques de la UPC::Edificació |
| topic |
Reinforced concrete wall buildings Seismic performance assessment Expected seismic losses Performance-based earthquake engineering OpenSees numerical modeling Code-conforming prototype buildings Peruvian seismic design standards 624 - Enginyeria civil i de la construcció en general 69 - Materials de construcció. Pràctiques i procediments de construcció Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil Àrees temàtiques de la UPC::Edificació |
| description |
Tesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) |
| publishDate |
2025 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2025 2025-11-05 2026 2026-01-07 2026 2026-06-30 |
| dc.type.none.fl_str_mv |
doctoral thesis http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 VoR http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 |
| dc.type.openaire.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| format |
doctoralThesis |
| dc.identifier.none.fl_str_mv |
https://hdl.handle.net/2117/449708 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-449708 |
| url |
https://hdl.handle.net/2117/449708 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-449708 |
| dc.language.none.fl_str_mv |
Inglés eng |
| language_invalid_str_mv |
Inglés |
| language |
eng |
| dc.rights.none.fl_str_mv |
embargoed access http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf Attribution 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| dc.rights.openaire.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
| rights_invalid_str_mv |
embargoed access http://purl.org/coar/access_right/c_f1cf Attribution 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| eu_rights_str_mv |
embargoedAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universitat Politècnica de Catalunya |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universitat Politècnica de Catalunya |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| instname_str |
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| reponame_str |
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| collection |
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| repository.name.fl_str_mv |
|
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1869415809430847488 |
| spelling |
Seismic performance and loss assessment of Peruvian RC wall buildings designed under current codesLoa Canales, GustavoReinforced concrete wall buildingsSeismic performance assessmentExpected seismic lossesPerformance-based earthquake engineeringOpenSees numerical modelingCode-conforming prototype buildingsPeruvian seismic design standards624 - Enginyeria civil i de la construcció en general69 - Materials de construcció. Pràctiques i procediments de construccióÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civilÀrees temàtiques de la UPC::EdificacióTesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP)(English) In countries with high seismicity, such as Peru, Chile, and Colombia, the mid- to high-rise buildings typically use reinforced concrete (RC) wall systems, which have generally demonstrated adequate seismic performance. However, cases such as the collapse of the Alto Río building during the 2010 Chile earthquake and severe damage reported in other wall-structured buildings reveal that, under certain conditions, these systems may be vulnerable. Modern RC wall buildings in Peru have not yet been subjected to a severe earthquake, so it is uncertain whether current design procedures established in Peruvian standards are adequate to provide sufficient safety or to achieve a repairable state after a major earthquake. This thesis employs analytical methods to evaluate the performance and expected losses of modern Peruvian RC wall buildings. First, it examines the design and detailing procedures of a representative set of buildings, from which 20 prototype buildings are developed for analysis. The structural performance is evaluated for different levels of seismic intensity, and the damage and losses are estimated using the FEMA P-58 methodology. Finally, recommendations are made to improve current design standards for RC wall buildings in Peru. The typical design and detailing characteristics of 20 RC wall Peruvian buildings constructed between 2010 and 2023, were used to develop 20 prototype code-conforming wall buildings. The configurations of the prototype buildings and the structural design of the walls, columns, and beams was obtained automatically with a MATLAB script, following all the guidelines of the current standards. An efficient beam-based computational model that accounts for axial-shear-flexure interaction was developed and implemented in OpenSees to analyze entire building systems. The model combines a force-based beam element with a fibre section for flexural response and a zero-length element for shear response. The reduction of shear resistance caused by inelastic flexural deformations is accounted for in the model to reproduce failures due to shear-flexure interaction. The model provides good predictions on average for the effective stiffness, lateral strength and ultimate displacement for the 52 wall tests, with mean numerical-to-experimental ratios of 1.13, 1.02 and 1.00, respectively. Nonlinear static and time-history dynamic analyses of the 20 prototype buildings were conducted using the beam-based modelling scheme for walls. The static analysis results show average values of an ultimate roof drift ratio of 1.35%, an overstrength ratio of 2.43, and a primary failure mode corresponding to the concrete crushing of wall ends caused by flexural deformations. On average, the peak roof displacements for the design basis earthquake (DBE) obtained from nonlinear analysis were 1.6 times the code expectations and corresponded to displacement demand/capacity ratio ranging between 0.25 and 0.83. The expected seismic losses of twelve prototype buildings were assessed following the FEMA P-58 methodology. The lateral capacity of low-rise buildings was higher than that of higher buildings, which generated some collapse cases for the buildings of 8 to 16 levels. The results show a mean loss ratio (MLR) at design level earthquake of 28.5%, 31.5%, 33.5% and 32.6% for the buildings of 4, 8,12 and 16 levels, respectively. It is concluded that the displacement demands in Peruvian RC wall buildings are higher than those estimated by conventional procedures in the current Peruvian standards, and the estimated damages are more severe than expected. On this basis, updates to Peruvian codes are recommended, which include: (1) changes for the calculation of expected seismic displacements, (2) classification of structural walls into ordinary and special categories with different inter-story drift limits, (3) mandatory peer review and nonlinear response history analysis for certain buildings, and (4) calculation of accelerations.(Català) Als països amb alta sismicitat, com el Perú, Xile i Colòmbia, els edificis de mitjana i gran alçada utilitzen habitualment sistemes de murs de formigó armat, els quals han demostrat en general un comportament sísmic adequat. No obstant això, casos com l’esfondrament de l’edifici Alto Río durant el terratrèmol de Xile de 2010 i els greus danys reportats en altres edificis amb estructures de murs revelen que, sota certes condicions, aquests sistemes poden ser vulnerables. Els edificis moderns de murs de formigó al Perú encara no han estat sotmesos a un terratrèmol sever, per la qual cosa no és clar si els procediments actuals de disseny establerts a les normes peruanes són suficients per garantir la seguretat o aconseguir un estat reparable després d’un gran sisme. Les característiques típiques de disseny i detallat de 20 edificis peruans amb murs de formigó armat construïts entre els anys 2010 i 2023 van ser utilitzades per desenvolupar 20 edificis prototip conformes amb la normativa vigent. Les configuracions dels edificis prototip i el disseny estructural dels murs, pilars i bigues es van obtenir automàticament mitjançant un script de MATLAB, seguint totes les directrius de les normes actuals. Es va desenvolupar i implementar a OpenSees un model computacional eficient basat en elements de biga que considera la interacció axial-tallant-flexió per analitzar sistemes d'edificis complets. El model combina un element de biga basat en forces amb una secció de fibres per capturar la resposta a flexió i un element de longitud zero per a la resposta al tallant. El model té en compte la reducció de la resistència al tallant causada per les deformacions de flexió inelàstiques per reproduir falles per interacció tallant-flexió. El model proporciona bones prediccions, de mitjana, per a la rigidesa efectiva, la resistència lateral i el desplaçament últim en 52 assaigs de murs, amb ràtios mitjanes entre resultats numèrics i experimentals de 1,13, 1,02 i 1,00, respectivament. S’han dut a terme anàlisis no lineals estàtiques i dinàmiques (anàlisi d’història temporal) dels 20 edificis prototip utilitzant el modelatge basat en bigues per als murs. Els resultats de l’anàlisi estàtica mostren valors mitjans d’una deriva màxima de coberta de 1.35%, una ràtio de sobrerresistència de 2.43, i un mode de falla principal corresponent a l’esclafament del formigó als extrems dels murs degut a deformacions de flexió. De mitjana, els desplaçaments màxims de coberta per al terratrèmol de disseny (DBE) obtinguts mitjançant anàlisi no lineal van ser 1.6 vegades superiors a les expectatives del codi i van correspondre a ràtios de demanda/capacitat de desplaçament entre 0.25 i 0.83. Les pèrdues sísmiques esperades de dotze edificis prototip es van avaluar seguint la metodologia FEMA P-58. La capacitat lateral dels edificis baixos era superior a la dels edificis més alts, la qual cosa va generar alguns casos de col·lapse en edificis de 8 a 16 nivells. Els resultats mostren una ràtio mitjana de pèrdua (MLR) per a terratrèmols de nivell de disseny del 28.5%, 31.5%, 33.5% i 32.6% per als edificis de 4, 8, 12 i 16 pisos, respectivament. Es conclou que les demandes de desplaçament en edificis peruans amb murs de formigó armat són superiors a les estimades pels procediments convencionals de les normes peruanes vigents, i que els danys estimats són més severs que els esperats. Per tant, es proposen actualitzacions a les normes peruanes que inclouen: (1) canvis en el càlcul dels desplaçaments sísmics esperats, (2) la classificació dels murs estructurals en ordinàris i especials amb diferents límits de deriva entre pisos, (3) la revisió obligatòria per parells i l’anàlisi d’història temporal no lineal per a determinats edificis, i (4) el càlcul explícit de les acceleracions horitzontals de planta per assegurar el disseny adequat dels components no estructurals.(Español) En países con alta sismicidad, como Perú, Chile y Colombia, las edificaciones de mediana a gran altura tienen un sistema estructural de muros de concreto armado, los cuales han mostrado un desempeño sísmico mayormente adecuado. Sin embargo, casos como el colapso del edificio Alto Río durante el terremoto de Chile de 2010 y los daños severos reportados en varios edificios con muros estructurales revelan que en ciertas ocasiones estas estructuras pueden ser vulnerables. Los edificios modernos de muros de concreto armado en Perú aún no han sido sometidos a un sismo severo, por lo que es incierto si los procedimientos de diseño actuales establecidos en las normas peruanas son adecuados para proporcionar una seguridad suficiente o para lograr un estado reparable después de un sismo de gran intensidad. La presente tesis emplea métodos analíticos para evaluar el desempeño y las pérdidas sísmicas esperadas de los edificios modernos de muros de concreto armado en Perú. En primer lugar, se examinan los procedimientos de diseño y detalle de un conjunto representativo de edificios, a partir del cual se desarrollan 20 edificios prototipo para su análisis. desempeño estructural se evalúa para diferentes niveles de intensidad sísmica, y los daños y las pérdidas se estiman utilizando la metodología FEMA P-58. Finalmente, se hacen recomendaciones para mejorar las normas de diseño actuales para los edificios de muros de concreto armado en Perú. Las características típicas de diseño y detallado de 20 edificaciones peruanas de muros de concreto armado construidas entre 2010 y 2023, se utilizaron para desarrollar 20 edificios prototipo que cumplen con los requerimientos de las actuales normas. Las configuraciones de los edificios prototipo y el diseño estructural de las muros, columnas y vigas, fue obtenido de forma automática con un código en MATLAB, siguiendo los procedimientos de diseño de las actuales normas peruanas. Se desarrolló e implementó en OpenSees un modelo computacional eficiente basado en elementos tipo viga que tiene en cuenta la interacción axial-corte-flexión para analizar sistemas completos de edificios. El modelo proporciona buenas predicciones en promedio para la rigidez efectiva, la fuerza lateral y el desplazamiento máximo para las 52 pruebas de muros, con valores medios de los ratios numérico-experimentales de 1.13, 1.02 y 1.00, respectivamente. Se realizaron análisis estáticos no lineales y dinámicos por historia de tiempo de los 20 edificios prototipo. Los resultados del análisis estático muestran valores promedio de deriva máxima del techo del 1.35%, una sobrerresistencia de 2.43, y un modo de fallo primario correspondiente al aplastamiento del concreto de los extremos de los muros causada por deformaciones por flexión. En promedio, los desplazamientos máximos del techo para el sismo de diseño (DBE) obtenidos del análisis no lineal fueron 1.6 veces las esperadas por el código y correspondieron a una relación de demanda/capacidad de desplazamiento entre 0.25 y 0.83. Se evaluaron las pérdidas sísmicas esperadas de doce edificios prototipo siguiendo la metodología del FEMA P-58. Los resultados muestran una relación media de pérdida (MLR) en el nivel de sismo de diseño del 28.5%, 31.5%, 33.5% y 32.6% para los edificios de 4, 8, 12 y 16 niveles, respectivamente. Se concluye que las demandas de desplazamiento en edificios peruanos de muros de concreto armado son mayores que las estimadas mediante los procedimientos convencionales de las normas peruanas, y que los daños estimados son más severos que los esperados. En base a esto, se preparó una propuesta de mejora de las normas peruanas, que incluye: (1) cambios en el cálculo de los desplazamientos esperados, (2) inclusión de muros estructurales ordinarios y especiales con límites de deriva de entrepiso diferentes, (3) revisión técnica de proyectos de estructuras y análisis obligatorio de la respuesta no lineal para ciertos edificios y (4) cálculo de aceleraciones.Universitat Politècnica de Catalunya20252025-11-0520262026-01-0720262026-06-30doctoral thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/449708https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-449708reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengembargoed accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_f1cfAttribution 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/4497082026-05-27T15:37:01Z |
| score |
15,811543 |