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• Raul Madrigal Bravo

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CONCEPTOS GENERALES DE VULNERABILIDAD Manejo de la información necesaria para la evaluación de la vulnerabilidad estructural

Oscar López Bátiz

Fenómenos • Viento • Sismo

• Deslizamientos de laderas • Hundimientos del terreno

• Cargas gravitatorias • Empuje de suelos/agua

• Deterioro de los materiales • Incendios, explosiones, otros.

Efecto de algunos de los fenómenos sobre los bienes expuestos

Efecto del viento en los bienes expuestos

Efecto del viento sobre las edificaciones Acción del viento sobre un obstáculo, en este caso una edificación de vivienda

viento

barlovento

sotavento

Representación esquemática de las presiones, succiones y fuerzas resultantes equivalentes, producto de la acción del viento sobre la edificación. A mayor velocidad de viento mayor fuerza

DAÑOS EN LA COSTA DE OAXACA PROVOCADOS POR EL HURACÁN PAULINE (1999)

Dirección dominante del viento

Daños en edificación de mampostería confinada, con losa y cimentación de concreto reforzado

DAÑOS EN LA PENÍNSULA DE YUCATÁN, PROVOCADOS POR EL HURACÁN ISIDORE (2002)

Daños en edificación construida con material “precario” en techo, pero con material “sólido” en muros

Falla de edificación construida con material “precario” en techo, y mampostería de piedra en muros

DAÑOS EN BARDAS O MUROS DE COLINDANCIA EN LA PENÍNSULA DE YUCATÁN. HURACÁN ISIDORE (2002) Muros con refuerzo “pre-armado”

Huracán Wilma, 2005

Daños en edificación “formal”, debiendo ser diseñada y construida con base una norma de construcción vigente de la localidad

Efecto del sismo en los bienes expuestos

Efecto del sismo en las edificaciones

Estructura de mampostería en unidad habitacional, Puebla 1999 Edificación patrocinada por institución Pública Federal Inadecuadamente supervisada -Proceso de deslinde de responsabilidades incierto -Posibilidad de demanda a la federación

Daño por sismo en edificación de vivienda de mampostería sin refuerzo alrededor de aberturas (sector informal)

Colapso Hospital Juárez, se perdieron 536 camas y la vida de 561 personas, durante el terremoto de México de 1985 El programa Hospital Seguro, ¿implica Seguridad Estructural?

Pérdidas económicas debido a los sismos de 1999 Tehuacán, Mw = 7 Total = 150 M USD

Vivienda

Oaxaca, Mw = 7.5 Total = 150 M USD

Escuelas Hospitales Monumentos históricos Caminos Energía

Se puede pensar que el daño en edificaciones de hospitales es “pequeño” o “bajo”, pero el daño en hospitales NO DEBE EXISTIR, ya que cualquier nivel de daño genera el desalojo e imposibilita el uso de las instalaciones.

Hospital de Traumatología y Ortopedia en Puebla. Sismo de 1999. Daños en elementos no estructurales y contenidos

Referencia de fotos: CENAPRED

El caso de la república de Haití, daños en edificación Infraestructura vital, edificios de gobierno

El caso de la república de Haití, daños en edificación Infraestructura vital, edificios de gobierno

El caso de la república de Haití, ¿que más?

Existe norma de construcción, pero sin adecuaciones al estado actual del conocimiento (fotos Dic – 2011)

El caso de Chile, comportamiento de edificación formal

El caso de Mexicali, movimiento del terreno y peligro sísmico D C

B BB A

Reglamento de Baja California, 1992

Manual de diseño por sismo CFE, 1993

C C D

El caso de Mexicali, movimiento del terreno y peligro sísmico Suelo Tipo III

Franja de aceleraciones máximas probables (USGS)

Franja de aceleraciones máximas probables (USGS)

El caso de Mexicali, comportamiento de edificación formal

¿?

El caso de Mexicali, comportamiento de edificación formal

¿Existe una normatividad?

El caso de Mexicali, comportamiento de edificación formal

¿Existe una normatividad?

El caso de Mexicali, comportamiento de edificación formal

Hospital General de Zona Elementos no estructurales, ¿alguien los diseña?

Efecto del hundimiento regional en los bienes expuestos

Subsidencia acumulada (metros) en un periodo de 1862-2005

Hundimientos superficiales medidos en el Centro Histórico de la Ciudad de México, durante el período 1891 – 1992

HUNDIMIENTOS REGIONALES Y AGRIETAMIENTO Efectos en edificación

Posición original supuestamente v ertical de la estructura

Posición inclinada respecto a la v ertical de la estructura

100

x

Formas de representar el niv el de desplomo o inclinación de un edif icios desplazado como cuerpo rígido: En porcentaje: Desplomo =x % En grados:



x

180

100



18 cm

Conclusiones preliminares • Relación entre existencia y respeto de la normatividad y el daño observado • Relación entre el comportamiento de los contenidos y la funcionalidad de edificaciones importantes (hospitales) • Relación entre el comportamiento de elementos no estructurales y los procedimientos de protección civil, como, por ejemplo, la evacuación previo a la incidencia del evento o durante el mismo

¿Es importante la existencia de un grupo de investigadores en la estructura de gobierno? Investigador

•

•

Como parte de un grupo interdisciplinario debe conocer, aplicar y obligar a la aplicación de las normas y reglamentos de construcción Debe participar en la elaboración de las mismas y en sus subsecuentes modificaciones

Reducción del nivel de exposición y vulnerabilidad, reducción del riesgo

Fuerzas para diseño y reales producto de los fenómenos Viento real (vg. Gilberto, 1988 Velocidad 200 km/h)

Fuerzas debido al fenómeno

Sismo Viento Sismo real (vg. Distrito Federal 19/09/1985)

Viento de diseño (CFE, vg. Velocidad 180 km/h)

Sismo de diseño (vg. Distrito Federal)

Altura del edificio

Y, EL CENAPRED, ¿CUAL ES SU OBJETIVO? OBJETIVOS DE LOS ESTUDIOS EXPERIMENTALES •

Evaluar materiales

•

Formar ingenieros, arquitectos y personal de laboratorio

•

Refinar equipos de ensaye

•

Evaluar el comportamiento de equipo mecánico

•

Estudiar el desempeño de elementos, componentes y Sistemas estructurales

•

Demostrar la validez de un concepto o diseño estructural

•

Desarrollar y refinar modelos analíticos

•

Sustento de Normas, Reglamentos y Códigos

•

Información sustento para estudios de vulnerabilidad - riesgo

ESTUDIO DE VULNERABILIDAD ANTE LA INCIDENCIA DE SISMO O VIENTO

ELABORACIÓN DE MAPAS DE RIESGO

Muros diafragma

Configuración en el Montaje de la Prueba Carga Axial

Distribución del Momento

Fuerza Horizontal

Pruebas en muros aislados, carga lateral tipo sismo

Estructura tridimensional, original

Estructura tridimensional, reforzada

Envolvente de la respuesta para los modelos original y reforzado

LA EXPERIMENTACIÓN Y LA OBSERVACIÓN EN LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL •

El estado del conocimiento avanza debido a la observación de: –

estructuras en servicio, fallas

–

ensayes físicos (laboratorio y pruebas más realistas)

–

visitas a zonas afectadas por desastres naturales o provocados por el hombre

¿Cómo elaborar un mapa de riesgo? . . . . . Información a recopilar en campo • Ubicación geográfica del sitio o zona de interés • Características topográficas del mismo (individual a nivel vivienda) • Velocidad del viento

Peligro

• Características generales de los componentes de las viviendas a estudiar Vulnerabilidad en la zona de interés

R = C·V·P R = C·Iv,

Peligro Iv = f(P)

Vulnerabilidad Tipologías Funciones de vulnerabilidad

1 0.9 0.8 0.7 I (Sa)

Riesgo

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

Sa

Levantamiento de campo

Valor de los bienes expuestos $, m², personas Base de datos

EJEMPLO DE PELIGRO Regionalización sísmica de la República Mexicana

A B C D

Manual de CFE (1993)

Zona sísmica

Ordenada espectral, a

c

A

Elástico r

a=c( Tb / T )

B Inelástico

C

a0

Ta

Tb

D Periodo T, s

Tipo de suelo I II III I II III I II III I II III

a0 0.02 0.04 0.05 0.04 0.08 0.10 0.36 0.64 0.64 0.50 0.86 0.86

c

Ta

Tb

r

0.08 0.16 0.20 0.14 0.30 0.36 0.36 0.64 0.64 0.50 0.86 0.86

0.2 0.3 0.6 0.2 0.3 0.6 0 0 0 0 0 0

0.6 1.5 2.9 0.6 1.5 2.9 0.6 1.4 1.9 0.6 1.2 1.7

1/2 2/3 1 1/2 2/3 1 1/2 2/3 1 1/2 2/3 1

Comportamiento sísmico de viviendas, VULNERABILIDAD Fuerzas inducidas por el sismo

Los muros laterales soportan las fuerzas sísmicas y las transmiten a la cimentación

El techo rígido distribuye las cargas sísmicas hacia los muros a la vez que forma una liga entre ellos

CLASIFICACIÓN DE VIVIENDAS

Formato de evaluación

FORMATO PARA TIPOLOGÍA DE VIVIENDA INFORMACIÓN GENERAL

Versión junio-2006

Fecha:

Propietario:

(Anotar: calle, no., lote, manzana, colonia, municipio/deleg., población/ciudad, estado. Entre calles A y B)

Dirección oficial: Edad de la construcción:

Coordenadas (geo-referencia): Longitud:_____________ °N, Latitud:______________ °O

Modificaciones sufridas:

ASPECTOS ARQUITECTONICOS Regularidad en planta: buena (simétrica)_________, mala:___________

Muros suficientes en dos direcciones :

si

no

Dimensiones generales: Frente:_______m; Largo:______ m

Número de niveles:___________________ altura de entrepiso __________ m

ASPECTOS ESTRUCTURALES Contó con asesoría profesional:

si

no

MUROS

Ligeros o débiles Enramado cubierto de palma o fibra vegetal Enramado cubierto de lodo (embarro o bajareque) De madera de materiales precarios De madera con diagonales De madera contrachapada (triplay) y diagonales

Piezas de mampostería Tabique macizo de barro recocido Tabique hueco de barro recocido (extruido "tabique aparente") Tabique multiperforado de barro recocido Tabique macizo de concreto (tabicón de cemento-arena) Bloque hueco de concreto Piedras naturales

Adobe Simple (sin elementos de refuerzo) Confinado con castillos y dalas o malla y mortero

Mampostería Simple (sin elementos de refuerzo o confinamiento) Con refuerzo interior dudoso y sin supervisión profesional Deficientemente confinada (aberturas sin refuerzo) Reforzada interiormente (hay supervisión profesional) Adecuadamente confinada (refuerzo en aberturas)

Concreto Espesor de muros:________ cm

Concreto colado en el lugar Paneles prefabricados

TECHOS

Rígido Vigas de acero con bóveda de tabique Vigas de acero con delgada de tabique (bóveda catalana) Losa de concreto reforzado Prefabricados (vigueta-bovedilla u otros)

Flexible Material de desecho Enramado cubierto de palma o fibra vegetal (Palma, Tejamanil, etc.) Madera Lámina de cartón asfáltico Lámina de plásticos o fibra de vidrio Lámina metálica (zinc) Lámina de asbesto Teja de barro

Geometría Plano (horizontal) A un agua A dos aguas Otro: _________________________________________ Espesor de la losa de concreto o tabique: ______ cm

Tipo de anclaje del techo hacia los muros: _____________________________

CIMENTACIÓN Descripción:

CLASIFICACIÓN SEGÚN LA TIPOLOGÍA:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Sismo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Viento

ASPECTOS SOCIOECONÓMICOS No. de habitantes:

Servicios:

agua entubada,

drenaje,

luz

Construcción de funciones de vulnerabilidad

1) Evidencia física:

- Ensayes de laboratorio

Índice de daño

- Levantamientos en zonas de desastre

Colapsos

1

0 Sin daño

Variable de peligro

Fuerza cortante, t

Correlación daño – capacidad remanente

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

Desplazamiento, mm

Función de vulnerabilidad

Índice de daño

1

0 Sa

Entonces, ¿Cómo reducir o mitigar integralmente el riesgo? - Identificar zonas de riesgo - Análisis detallado de edificaciones vulnerables - Esquemas de refuerzo

- Reglamentos de construcción - La autoridad debe tener conciencia de la necesidad de contar con cuadros técnicos (ingenieros) bien remunerados que permitan garantizar la aplicación de las medidas adoptadas en los puntos anteriores

35 MV-1R

30

20

MV-2R

15 MV-2 10 MV-1

5

0 0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

Distorsión, mm/mm

Índice de daño

Cortante, t

25

1

0

Sa

0.012

Índice de daño

Muros de concreto (contrafuertes)

1

0

Sa

Nuevas Tecnologías

Aisladores de base

Edificios instrumentados, diseñados con aislamiento de base

Azotea

Edificio NDG Aislamiento de base Ciudad de Sendai, Miyagi

Sótano

Vista general

200 Gal

224 Gal

139 Gal

174 Gal

183 Gal

177 Gal

327 Gal

346 Gal

2011/03/11 2011/03/19 2011/03/19

CD-ROM No.1023, 2004 2) 田中匠子、源栄正人、実存建物の振幅依存振動特性に基 づく構造ヘルスモニタリングに関する研究、ＡＩＪ大会 学術講演梗概集，Ｂ-II, 707-708, 2009 年 8 月

Edificio de la Facultad de Humanidades de la Universidad de Tohoku Sendai, Miyagi

東北地方太平洋沖地 （微動） 東北地方太平洋沖地

3) 源栄他、構造ヘルスモニタリングと緊急地震速報の連動 による早期地震情報統合システムの開発、ＡＩＪ技術報 告集、第 14 巻、第 28 号

Edificios instrumentados, diseño tradicional

東北大学人間環境系建物

表 1 観測記録諸元

地震名

微動(3/9) 三陸沖の地震（3/9） 微動(3/11) 今回の地震 本震A（第1波群）（3/11） 今回の地震 本震B（第2波群）(3/11) 微動(3/19) 今回の地震余震（3/19）

最大加速度(cm/s/s) 1F 9F 梁間 桁行 上下 梁間 桁行 上下 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 37 34 23 171 89 51 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 207

216

128

594

617

377

333

330

257

908

728

640

‐ 15

‐ 18

‐ 10

‐ 34

‐ 56

‐ 29

地震前（地震記録）

0

-1000 1000

区間 A

改修前（地震記録） Registro de aceleraciones 改修後（地震記録） en azotea 改修後（地震記録2005/8/16以降）

区間 B

2011年3月11日本震A 2011年3月19日余震

908 cm/s2

2

長辺方向：Max=728cm/s

2

Acc.(cm/s )

図 2 加速度フーリエスペク 梁間方向

2

短辺方向：Max=908cm/s

2

Acc.(cm/s )

1000

0

1.4

-1000

1.2

(20 0

50

100

150

200

250

300

Term-2 (Before Retrofit)

Time (s)

1.0 2

短辺方向：Max=333cm/s

2

Acc.(cm/s )

1000

0.8

Registro de aceleraciones 0.6 en la base

0

-1000 1000

区間 A

2

Acc.(cm/s )

Period(s)

(a)９階における観測記録（本震）

区間 B

2

長辺方向：Max=330cm/s

0

333 cm/s2

0.4

Term-1 (Before 19

0.2

-1000

Croquis y esquema general de la estructura. Ubicación de los equipos de medición

平面図・断面図と地震計位置

0

50

100

150

200

250

300

Time (s)

(b)１階における観測記録（本震） 図１

東北大学工学部人間環境系研究棟における観測記録

0.0 -8.0

-7.0

-6.0

-5.0

log10(d

図 3 変形角と卓越周期の

Estatus de existencia de los reglamentos de construcción a nivel nacional (2010; Fuente: SMIE)

Publicaciones generadas

Información base para evaluación de seguridad Informaciónbase de utilidad realizar evaluaciones de seguridad estructural y refuerzos racionales de edificaciones Información para reglamentos y estructural y vulnerabilidad de edificaciones en el medio de la vivienda rural y suburbana normas de construcción

Refuerzo con malla y mortero 1. Aplanado de mortero de 1 cm, cemento:cal:arena 1:½:4½ 2. Malla de gallinero o electrosoldada, con 10 grapas de acero por m² 3. Cubrir con aplanado de mortero de 1.5 cm

Malla y aplanado por ambos lados del muro

2

Grapas para alambre de púas

1

3

Alcayatas 1 2 3

Rodear aberturas de puertas y ventanas

Anclaje en la cimentación

Muros con malla y aplanado de mortero

Anclaje de la malla al cimiento

CONCLUSIONES (1/3) - Hospitales con diseño tradicional daño no estructural ligero, parcialmente sin funcionamiento - Escuelas (todos los niveles) con diseño tradicional, daño ligero a medio, parcialmente sin funcionamiento

- Edificaciones con un concepto estructural “sano” logran buen comportamiento

- Edificaciones construidas con respeto mínimo a la normatividad sin problemas de comportamiento

CONCLUSIONES (2/3) Detonantes: - No respeto de la normatividad - Normatividad inadecuada - Materiales de mala calidad, conceptos de diseño sin enfoque

de sismo-resistencia y mala práctica de construcción - Ausencia de la supervisión por parte de la autoridad emisora

de permisos de construcción

CONCLUSIONES (3/3) Necesidades:

- Nuevas tecnologías con comportamientos adecuados: aislamiento de base y disipación de energía

- Adecuación de la normatividad al estado del conocimiento - Actualización profesional real y constante del gremio de profesionales de la ingeniería estructural - Mayor participación del gremio en la toma de decisiones - Bueno tener generación del conocimiento – Mejor que ese conocimiento sea difundido de manera accesible

Gracias por su atención [email protected] www.cenapred.unam.mx