Etapa final vulnerabilidad sisimica edificios

Universidad Autónoma de Baja California.

Facultad de Ingeniería Arquitectura y Diseño.

Tema: Vulnerabilidad sísmica de edificios.

Alumno: David Moisés Ramírez Galván.

Maestro: Fortunato Espinoza Barrera.

Materia: Sísmica.

Fecha de Sabado 26 de Noviembre del 2016

Resumen.

Vulnerabilidad Sísmica en Edificios. Autor: David Moisés Ramírez Galván.

En el presente trabajo se mencionan algunas metodologías para el estudio de la vulnerabilidad sísmica en edificios. Se menciona la importancia o el por qué un estudio de vulnerabilidad sísmica para el municipio de Ensenada considerando algunos posibles riesgos que puedan suceder en la zona. Después se habla sobre los criterios en la reglamentación para el municipio de Ensenada, para luego mencionar factores de vulnerabilidad para viviendas y edificios. Gran contenido se centró para el tema de viviendas, considerando que en Ensenada no hay muchos edificios y que la mayor cantidad de estructuras son viviendas. Posteriormente se mencionaran métodos de análisis que maneja la reglamentación y para finalizar se muestra un ejemplo de la aplicación del método estático. Dicho ejemplo ha sido extraído de la referencia [16].

Objetivo.

Conocer algunos factores de vulnerabilidad que pueden tener edificios para contemplarlo en próximos diseños.

Introducción.

Predecir el comportamiento sísmico de edificios existentes es esencial en la evaluación de las pérdidas económicas y sociales que los terremotos pueden producir en zonas urbanas. Hoy en día existen muchas zonas urbanas estructuradas que han sido diseñadas sin que se considere alguna norma referente a cargas sísmicas, otras que han sido modificadas como resultado de un cambio de destino y algunas que han sufrido daños en terremotos pasados, lo cual hace más difícil la evaluación de su comportamiento frente a futuros movimientos sísmicos. La falta de información acerca de los aspectos antes mencionados sumada u otras incertidumbres, por ejemplo, las referentes a la acción o a las propiedades de los materiales, hace que se requieran estudios específicos para predecir el comportamiento sísmico de estructuras existentes [1].

La ocurrencia de los fenómenos sísmicos es inevitable debido a su naturaleza, lo que requiere mejoras que optimicen el comportamiento sismo-resistente de las estructuras nuevas y el refuerzo de las existentes, de tal forma que se reduzcan las pérdidas producidas por los terremotos en el momento que ocurren. De aquí la necesidad apremiada de los estudios de vulnerabilidad y riesgo sísmico, a fin de realizar una gestión integral del riesgo [2].

Vulnerabilidad sísmica.

La vulnerabilidad sísmica de una estructura, grupo de estructuras o de una zona urbana completa, se define como su predisposición propia a sufrir daño ante la ocurrencia de un sismo y está asociada directamente con sus características físicas y estructurales de diseño (Barbat, 1998) [3] y [4].

La vulnerabilidad sísmica es una propiedad propia de cada estructura, y es independiente de la peligrosidad del emplazamiento, es decir, una estructura puede ser vulnerable, pero no estar en riesgo si no se encuentra en un lugar con un determinado peligro sísmico [5].

Los estudios de vulnerabilidad tienen por objetivo la mitigación de riesgos en caso de sismo [6]. Dichos estudios se extienden a otras disciplinas como la planificación urbana y la protección civil y a través de

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dichos conocimiento se realizan planes de emergencia y atención a crisis sísmica. Un estudio de vulnerabilidad sísmica de edificios de instalaciones esenciales, un hospital por ejemplo, está dirigido no solo a la evaluación de la vulnerabilidad propia del edificio, también debe estimar en qué medida impacta a una comunidad la degradación de la capacidad de prestar servicios o funciones [7].

Clasificación de metodologías para el estudio de la vulnerabilidad.

Según Corsanero y Petrini (1900).

Técnicas Directas: Permiten predecir directamente y en una sola etapa, el daño causado para un sismo. Destacan en este grupo los métodos tipológicos y los métodos mecánicos [5] y [8].

Técnicas Indirectas: Determinan un índice de vulnerabilidad como primer paso, para luego relacionar el daño con intensidad sísmica [5] y [8].

Técnicas Convencionales: Introducen un índice de vulnerabilidad independiente de la predicción del daño. Se usan para comparar la vulnerabilidad relativa de diferentes construcciones ubicadas en áreas de igual sismicidad [5] y [8].

Técnicas Hibridas: Combinan elementos de los métodos descritos anteriormente con juicio de los expertos [5] y [8].

Técnicas directas

Estas técnicas predicen, con un solo paso, el daño causado por un sismo a una estructura, a partir de dos tipos de métodos: los tipológicos y los mecánicos [9].

Métodos tipológicos:

Consideran las estructuras como elementos de clases, las cuales están definidas por los materiales, las técnicas y otros factores que pueden afectar la respuesta sísmica [9].

Estas técnicas requieren una investigación de campo bastante simple, pero los resultados solo son válidos en un sentido estadístico. Las relaciones entre daño e intensidad sísmica utilizando esta metodología, requieren de una gran cantidad de datos y es válida tan solo para la región o ciudad analizada o para poblaciones con construcciones similares. Su principal limitación es que no permite tener en cuenta las modificaciones que han sufrido las estructuras a lo largo de su vida ̇útil, como por ejemplo reparaciones [9].

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Tabla 2.1. Formato de la matriz de probabilidad de daño para una tipología dada.

Métodos mecánicos.

Se clasifican en:

Métodos analíticos basados en modelos simples: estos métodos deben tener la capacidad de analizar un gran n ̇mero de construcciones en un periodo de tiempo corto. Entre estos métodos se pueden consultar: D’Ayala et al., 1997 y Calvi, 1999 [9].

Método de análisis detallado: son aplicables a las construcciones que puedan ser representadas por modelos mecánicos y, generalmente, son utilizados para la evaluación de estructuras individuales. Los métodos de este tipo son [9]:

Método Estático Lineal. Método Dinámico Lineal. Método Estático no Lineal. Método Dinámico no Lineal.

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Técnicas indirectas.

Estas técnicas determinan primero un índice de vulnerabilidad y luego establecen una relación entre el daño y la intensidad sísmica, mediante estudios post-terremoto y estudios estadísticos. Estos métodos son útiles únicamente para evaluaciones sísmicas de edificios a gran escala [9].

Un ejemplo de esta técnica es el método del Índice de vulnerabilidad italiano, el cual es utilizado desde 1976. El método consiste en hacer una clasificación de los edificios mediante la observación de sus características físicas, apoyándose en cálculos estructurales simplificados, intentando identificar los parámetros más relevantes que controlan el daño estructural. La clasificación se realiza mediante un coeficiente denominado índice de vulnerabilidad. Este Índice se relaciona directamente con el grado de daño de la estructura mediante funciones de vulnerabilidad [10].

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Los estudios se componen de dos niveles. El primer nivel sirve para seleccionar los edificios más peligrosos estructuralmente; dichos edificios se investigan con el segundo nivel para obtener una apreciación más exacta de su vulnerabilidad [10].

Un ejemplo de esta técnica es el índice de vulnerabilidad italiano

También es necesario elaborar un formulario de levantamiento de vulnerabilidad, que nacen del conocimiento empírico [10].

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Clasificación según Dolce. M. (1994).

Se examinan separadamente los tres elementos fundamentales involucrados en un análisis de vulnerabilidad: cinco datos de entrada, tres métodos y dos resultados [9].

Datos de entrada:

1. Información empírica o datos de daño [9].

2. Características geométricas y cualitativas: altura, configuración en planta y elevación, edad del edificio, tipo de sistema resistente de cargas horizontales y verticales, tipo de cimentación y cubierta, etc. [9].

3. Características mecánicas: masa, rigidez, resistencia comparada con esfuerzos sísmicos, ductilidad, estado de esfuerzos, desplazamientos sísmicos y parámetros del comportamiento no lineal [9].

4. Caracterización sísmica de la zona: intensidad, aceleración o velocidad máxima del terreno, desplazamiento espectral, etc. [9].

5. Datos geológicos y geotécnicos de la zona: tipo y características mecánicas del suelo de fundación, comportamiento sísmico del perfil geológico, etc. [9].

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Métodos.

1. Métodos Estadísticos: Basados en un análisis estadístico de las construcciones, caracterizadas por los datos de entrada [5] y [11].

2. Métodos Mecánicos: Se estudian los principales parámetros que gobiernan el comportamiento dinámico de las estructuras, por ejemplo: deriva de piso, ductilidad, etc. [5] y [11].

3. Métodos basados en Juicios de Expertos: se evalúan cualitativa y cuantitativamente los factores que gobiernan la respuesta sísmica de las edificaciones [5] y [11].

Resultados.

1. Vulnerabilidad absoluta: funciones de vulnerabilidad. Representan el daño medio como función de la intensidad sísmica, o la distribución condicional de daño para una intensidad sísmica dada [9].

2. Vulnerabilidad relativa: Índices de vulnerabilidad obtenidos empírica o experimentalmente para los cuales, no hay ni correlación con el daño, ni está definida la intensidad sísmica [9].

Riesgo sísmico en Ensenada Baja California.

El 23 de febrero de 1892, con epicentro en la Laguna Salada, se presentó uno de los sismos más fuertes registrados en la región, con una magnitud estimada de 7.2 (aunque SCEC lo registra con Mw=7 y NEIC10 con magnitud de 7.8). En estudios recientes, este evento ha sido asociado a la ruptura de la falla Laguna Salada (Mueller y Rockwell, 1995). Debido a que la zona se encontraba inhabitada, no existen reportes de daños o afectaciones, pero se señala que Ensenada, El Álamo y San Quintín fueron sacudidas fuertemente [12]

El grande o Big One, como le llaman los americanos, se daría en la región extremo sur de la Falla de San Andrés, que afectaría desde Indio, California hasta el área de Caléxico, y obviamente Mexicali [13]. El Municipio de Ensenada está cerca de Mexicali y el sismo puede propagarse.

Según los científicos, se dice que este terremoto tendrá una escala superior a los 8,1 grados Richter y durará de 3 a 5 minutos. Dicho sismo prodria causar un tsumani cuya masa sería 2 veces mayor a la que afectó a Chile en 2010 [13].

Reglamentacion.

De acuerdo con el artículo LXXXV.2 de la Ley de Edificaciones de Estado de Baja California hay tres grupos en que se clasifican las estructuras, según el daño que podría generar un sismo sobre de ellas, dependiendo de la magnitud de los daños:

A: Aquellas que podrían causar grandes pérdidas, como: hospitales, escuelas, auditorios, templos, salas de espectáculos, estaciones, terminales de transportes, monumentos, museos y locales, etc. [14], [15] y [16].B: Aquellas que podrían causar pérdidas de magnitud intermedia, como: gasolineras, restaurantes, hoteles, edificios de apartamentos, etc. [14], [15] y [16].

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C: Aquellas que podrían causar pérdidas de un costo pequeño, como bodegas provisionales y bardas de altura no mayor a 2.5m. [14], [15] y [16].

Condiciones para que una estructura sea regular.

1. La distribución en planta, muros y otros elementos resistentes, es simétrica con respecto a 2 ejes ortogonales. [14], [15] y [16].

2. Relación entre altura y ancho ≤ 2.5. [14], [15] y [16].

3. Relación entre largo y ancho ≤ 2.5. [14], [15] y [16].

4. En planta no hay entrantes ni salientes cuya dimensión exceda 20% la de la planta. [14], [15] y [16].

5. En cada nivel se tiene un sistema de techo o piso rígido y resistente. [14], [15] y [16].

6. Las aberturas en techos o pisos no pasan 20% de la dimensión de la planta. Las áreas huecas no difieren en posición de un piso a otro y el área total de aberturas no excede, en ningún nivel, 20% del área de la planta. [14], [15] y [16].

7. El peso de cada nivel, incluyendo carga viva, no es mayor que 110% ni menor que 70% a su piso inmediato inferior. Estas condiciones no aplican para el último nivel. [14], [15] y [16].

8. Ningún piso tiene un área mayor que 110% ni menor que 70% de la del piso inmediato inferior. El área de ningún entrepiso excede 50% a la menor de los pisos inferiores. [14], [15] y [16].

9. En todos los pisos, las columnas están restringidas en 2 direcciones por diafragmas horizontales y por trabes o losas. [14], [15] y [16].

10. La rigidez y la resistencia al corte de cada entrepiso no excede de 50% a la del entrepiso inmediato inferior. [14], [15] y [16].

11. En cada entrepiso, la excentricidad torsional no excede del 10% su dimensión en planta. [14], [15] y [16].

Tipos de construcción en Ensenada.

En Ensenada hay la mayoría de las viviendas son construidas con mampostería o con concreto reforzado. En cuanto a edificios están construidos con acero y concreto.

Vulnerabilidad sísmica en viviendas

Viviendas de mampostería.

Las viviendas de mampostería pueden ser de tres tipos: mampostería simple, mampostería confinada y mampostería reforzada. A continuación se mencionaran factores de vulnerabilidad que afectan a las

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viviendas. Algunos de estos factores son los que están establecidos en los requisitos para que una estructura sea regular. Los colores verde, amarillo y rojo indican la vulnerabilidad de cada imagen. [17].

Irregularidad en planta.

Baja vulnerabilidad: la forma debe ser geométrica regular y aproximadamente simétrica con un largo menor que 2.5 veces el ancho. No tiene “entrantes y salientes notables”

Alta vulnerabilidad: El largo es mayor que 2.5 veces el ancho. La forma es irregular, con “entrantes y salientes muy notables” abruptas, además de ser notablemente asimétrica.

Cantidad de muros en dos direcciones.

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Baja vulnerabilidad:

Existen muros de carga (estructurales) en las dos direcciones principales de la vivienda.

La longitud total de muros en las dos direcciones principales de la edificación (en este caso identificadas como X y Y), representativa de la cantidad de muros de la edificación, es grande.

Alta vulnerabilidad:

Más del 70% de los muros están en una sola dirección.

Hay muy pocos muros confinados o reforzados en la dirección débil.

La longitud total de muros estructurales en cualquier dirección es muy pobre.

Irregularidad en altura.

Baja vulnerabilidad: La mayoría de los muros estructurales son continuos desde la cimentación hasta la cubierta.


Más de la mitad de los muros de carga y/o columnas de la vivienda presentan discontinuidades desde la cimentación hasta la cubierta o azotea.

Las discontinuidades pueden ser tanto eliminación de los elementos en los niveles inferiores, como variación de la alineación de los mismos en la altura.

También se considerará como discontinuidad el cambio de un sistema de muros en los niveles superiores a columnas en el primer nivel.

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Disposicion de las piezas de mamposteria.

Baja Vulnerabilidad:

Las piezas de mampostería o tabiques están traslapadas.

Los tabiques son de buena calidad. No presentan agrietamientos importantes, no hay piezas deterioradas o rotas.

Los tabiques están colocadas de manera uniforme y continua hilada tras hilada.


Los tabiques no están traslapados.

Los tabiques son de muy mala calidad. Se presentan agrietamientos importantes con piezas deterioradas o rotas.

Los tabiques no están colocados de manera uniforme y continua hiladas tras hiladas.

Tipo y disposicion de pisos.

Baja Vulnerabilidad:

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Pisos (o azotea) formados por losas de concreto coladas en sitio o losas prefabricadas que están bien ancladas a sus elementos de soporte.

Las losas de piso (o azotea) se apoyan de manera en los muros de soporte, proporcionando continuidad y buen anclaje entre todos los elementos.

Las losas de piso (o azotea) son continuas y uniformes en relación con los materiales que las componen.


Las losas de piso (o azotea) no cumplen con varias de las anteriores consideraciones.

Los pisos (o azoteas) están conformados por madera o combinaciones de materiales (concreto o mezcla, madera, tierra, etc.) y no proporcionan las características de continuidad y buen anclaje entre elementos deseados para que funcionen de manera monolítica.

Cimentación, dalas de cerramiento y amarres.

Suelo.

Baja vulnerabilidad.

El suelo de la cimentación es duro. Esto se puede saber cuando alrededor de la edificación no existen hundimientos, cuando no se evidencian árboles o postes inclinados, no se siente vibración cuando pasa un vehículo pesado cerca de la vivienda o cuando en general las viviendas no presentan agrietamientos o daños generalizados, especialmente grietas en los pisos o hundimientos y desniveles en el mismo.

Media vulnerabilidad.

El suelo de la cimentación es de mediana resistencia. Se pueden presentar, en general, algunos hundimientos y vibraciones por el paso de vehículos pesados. Se pueden identificar algunos daños generalizados en viviendas o manifestaciones de hundimientos pequeños.

Alta vulnerabilidad.

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El suelo de la cimentación es blando o es arena suelta. Se sabe por el hundimiento en las zonas vecinas, se siente la vibración al paso de vehículos pesados y la vivienda ha presentado asentamientos considerables en el tiempo de construcción. La mayoría de las viviendas de la zona presentan agrietamientos y/o hundimientos.

Factores a considerer para vulnerabilidad de edificios

Año de construccion. Numero de niveles. Peso de los contenidos. Daño previo. Irregularidad (elevacion, planta). Tipo constructivo y materiales. Control de calidad y errores.

Vulnerabilidad en edificios.

Deben evitarse fuertes diferencias en los pesos de pisos sucesivos. El peso de cada nivel, incluyendo la carga viva que debe considerarse para diseño sísmico, no es mayor que el del piso inmediato inferior ni, excepción hecha por el último nivel de la construcción, es menor que 70 por ciento de dicho peso. Hay que tratar que el peso del edificio este distribuido simétricamente en la planta de cada piso. Una posición fuertemente asimétrica generaría vibraciones torsionales. La figura 1 ilustra esquemáticamente las situaciones que deben evitarse [18].

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Cuando se realiza separación en cuerpos simétricos se instala en dicha separación entre edificios el dispositivo que se muestra en la imagen, lado izquierdo. Este dispositivo aparenta ser solo una lámina para las personas que transitan el edificio (imagen lado derecho)

Entre mayor sea la relación largo y ancho mayor será la vulnerabilidad a deformarse la estructura.

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Métodos para el estudio de la vulnerabilidad de acuerdo a la Ley de Edificaciones de Baja California.

Método Simplificado.

Es aplicable a estructuras regulares con altura no mayor de 13 m. Se deben cumplir los siguientes requisitos:

1. En cada planta, al menos el 75% de las cargas verticales estarán soportadas por muros ligados entre sí mediante losas monolíticas u otros sistemas de pisos resistentes y rígidos al corte. Los muros podrán ser de mampostería, concreto reforzado, placa de acero, compuestos de estos dos últimos materiales o de madera.

Se calcula el factor de área efectiva FAE, para el estado límite de servicio o comportamiento elástico (Q = 1): [14].

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Y para el estado límite de prevención de colapso

2. La relación entre longitud y ancho de la planta no debe exceder de 2, a menos que, dicha planta se suponga dividida en tramos independientes cuya relación entre longitud y ancho sea menor o igual a 2 y cada tramo resista la fuerza cortante que le corresponda [14].

3. Se ignoran desplazamientos horizontales, momentos torsionantes y momentos de volteo. Solo se verifica que en cada piso la suma de las resistencias al corte de los muros de carga, proyectadas en la dirección en que se considera la aceleración, sea cuando menos igual a la fuerza cortante total que obre en el piso (paso1), pero empleando los coeficientes sísmicos reducidos por ductilidad, redundancia y sobrerresistencia en sustitución del término c/Q´Rρ [14].

Calculo de la vulnerabilidad sísmica de un edificio de 4 niveles por medio del método dinámico.

Los cálculos que se mostraran a continuación no fueron copiados de ninguna referencia, fueron elaborados en clase durante el semestre. Se realizaron basándose en el método de Newmark y Holzer para modos de vibración que puede presentar la estructura.

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Fuerzas Cortantes en toneladas Desplazamientos en metros.

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Bibliografía.

[1] Vulnerabilidad sísmica de edificios. C. Caidedo, A.H. Barbat y J. A. Canas. Ed. CIMNE. 1994 http://www.cimne.com/tiendaCIMNE/free/MIS06.pdf

[2] Contribuciones a la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de edificios. Juan Carlos Vielma

Ed. CIMNE, 2014. http://www.cimne.com/tiendaCIMNE/free/MIS68.pdf

[3] Capítulo 2. Vulnerabilidad y daño sísmico: concepto y evaluación.

[4] Barbat, 1998.

[5] Diseño Sismorresistente de Edificios: Técnicas Convencionales y Avanzadas. Luis M. Bozzo & Alez H. Barbat. https://stehven.files.wordpress.com/2015/06/disec3b1o-sismorresistente-de-edificios-escrito-por-luis-m-bozzo-rotondo-alex-h-barbat.pd

[6] Capítulo 5. Métodos de evaluación de la vulnerabilidad sísmica.

http://www.tesisenred.net/bitstream/handle/10803/6226/14CAPITULO5.pdf?sequence=14

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http://www.cimne.com/tiendacimne/mono.asp?id_prod=1979


[7] Capitulo 4. Vulnerabilidad sísmica de edificaciones esenciales. http://www.tdr.cesca.es/bitstream/handle/10803/6226/13CAPITULO4.pdf?sequence=13

[8] Corsanero y Petrini (1900).

[9] Capítulo 2 Vulnerabilidad y daño sísmicos: concepto y evaluación

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6230/03CAPITULO2.pdf;jsessionid=22443BD5134F1ECFE0C01F68BAFE3886?sequence=3

[10] http://webserver2.ineter.gob.ni/sis/vulne/cali/6.6.2.7-indice-vul.htm

[11] Dolce. M. (1994).

[12] Atlas de riesgo del municipio de Mexicali. R. Cueto. http://www.mexicali.gob.mx/transparencia/administracion/atlas/pdf/1.pdf

[13] http://www.lacronica.com/EdicionEnlinea/Notas/CienciayTecnologia/23032016/1064221-El-gran-terremoto-que-se-espera-en-California-nadie-a-salvo.html

[14] Ley de Edificaciones de Baja California.

[15] Normas Técnicas Complementarias de Baja California.

[16] Reglamento de la Comisión Federal de Electricidad.

[17] Evaluación simplificada de la vulnerabilidad sísmica de viviendas. Centro Nacional de Prevencion de Desastres. SEGOB. CENAPRED. http://sismos.gob.mx/work/models/sismos/Resource/35/1/images/evaluacion.pdf

[18] Contribuciones a la evaluación de la vulnerabilidad sísmica de edificios. J. C. Vielma

Monografía CIMNE IS-56

[19] Los cálculos mostrados a partir de la página 19 pertenecen a la Tarea: Método Dinámico. Son material propio.

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Etapa final vulnerabilidad sisimica edificios

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