EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DE UN CONJUNTO DE EDIFICIOS EDUCACIONALES EN ECUADOR

Rodríguez, Yuri1; Aguilar-Meléndez, Armando2; Palazzo, Gustavo3 Ingeniero Civil; Doctor en Ingeniería; Doctor en Ingeniería

Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí, Ecuador1; Universidad Veracruzana, México2; Universidad Tecnológica Nacional, Argentina3.

E-mail: ing.yurirodriguez@gmail.com1; aguilaruv2@gmail.com2; gpalazzo@frm.utn.edu.ar3

RESUMEN

Los edificios educacionales suelen ser considerados en las normativas como construcciones de gran importancia, por lo tanto, el objetivo suele ser diseñarlos para que tengan un riesgo sísmico bajo. Por otra parte, actualmente, hay normativa sísmica que indica los procedimientos para evaluar de manera individual la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de construcciones existentes. Sin embargo, en general, no se especifican procedimientos simplificados para evaluar la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de una gran cantidad de edificaciones. Estos procedimientos deben permitir, a bajo costo y con una demanda mínima de tiempo y de personal especializado, lograr una estimación razonable de la vulnerabilidad y riesgo sísmicos de numerosas edificaciones. Con este propósito se realizó un análisis comparativo entre la vulnerabilidad y el riesgo sísmicos estimados mediante un procedimiento simplificado (procedimiento de evaluación visual rápida FEMA P-154) y los daños presentados en los edificios estudiados debido al sismo del 16 de abril de 2016. El análisis mencionado se realizó en las tres etapas siguientes: 1) estimación del riesgo sísmico de edificios mediante un procedimiento de evaluación visual rápida (FEMA P-154), 2) evaluación de daños en edificios debidos al terremoto de Ecuador de 2016, y 3) comparación de estimaciones de riesgo con los daños observados en los edificios. Finalmente, se resaltan las ventajas y limitaciones del método aplicado, así como los tiempos y costos para su implementación.

ABSTRACT

Educational buildings are usually considered in codes as constructions of great importance; therefore, the objective is usually to design them so that they have a low seismic risk. On the other hand, nowadays, there are seismic codes that indicate the procedures to individually assess the vulnerability and seismic risk of existing constructions. However, in general, no simplified procedures are specified to assess the seismic risk and vulnerability of many buildings. These procedures should allow, at low cost and with a minimal demand for time and specialized personnel, to achieve a reasonable estimate of the vulnerability and seismic risk of numerous buildings. For this purpose, a comparative analysis was carried out between the vulnerability and the seismic risk estimated through a simplified procedure (FEMA P-154 rapid visual assessment procedure) and the damages presented in the buildings studied due to the

earthquake of April 16, 2016. The aforementioned analysis was performed in the following three stages: 1) the application of a rapid visual assessment procedure (FEMA P-154); 2) the evaluation of the conditions of the buildings after the earthquake that Ecuador suffered in 2016; and 3) the comparison of the results obtained when evaluating buildings after the 2016 earthquake with the levels of vulnerability and seismic risk determined through the procedure adopted. The advantages and limitations of the applied method are highlighted, as well as the times and costs for its implementation.

INTRODUCCIÓN

Para estimar la vulnerabilidad y el riesgo sísmico de edificaciones a escala urbana es necesario contar con un procedimiento que pueda implementarse en forma rápida, a bajo costo y con poca cantidad de personal. Algunos reglamentos tienen procedimientos de evaluación de estructuras en forma individual. Así, por ejemplo, el reglamento americano para la evaluación y refuerzo de estructuras existentes (ASCE/SEI 41, 2017) presenta tres niveles de evaluación. Según el nivel de desempeño sísmico que se elija para la edificación en consideración, y según el nivel de patologías y deficiencias que se detecten, se podrá usar un nivel u otro, los cuales se diferencian en la profundidad del estudio requerido. Si se pretende evaluar muchas edificaciones, el ASCE/SEI 41 recomienda aplicar el FEMA P-154 (2015). Este documento permite realizar una inspección visual rápida de edificios, en búsqueda de riesgo sísmico. Como resultado de su aplicación se indica que la construcción no amerita nuevos estudios, o que requiere una evaluación más detallada con otros. La metodología FEMA P-154 ha sido desarrollada por las instituciones americanas: Applied Technology Council y Federal Emergency Management Agency. Con el objeto de evaluar la aplicabilidad del FEMA P-154 y de los resultados obtenidos, se valoraron mediante dicho procedimiento siete edificios en Ecuador de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí (ULEAM).

La ULEAM se encuentra en la Ciudad de Manta (visible en la Figura 1). De acuerdo con la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC, 2015), esta ciudad pertenece a una zona de muy alta peligrosidad sísmica, con aceleración en roca esperada mayor o igual que 0.50 g.

El 16 de abril de 2016 ocurrió un terremoto de magnitud 7.8 en la provincia de Manabí, el cual afectó a diferentes zonas urbanas incluyendo a la ciudad de Manta. Dicha ciudad que está localizada a 171 km de distancia del epicentro sufrió daños de consideración (Instituto Geofisico, 2016). Por ejemplo, en esta ciudad se presentaron daños en diversos edificios de la ULEAM, debido a esto se realizaron evaluaciones de dichos edificios con la finalidad de identificar sus condiciones después del sismo.

En este trabajo el estudio de centra en siete edificios de la ULEAM que sufrieron daños y que también fueron evaluados después del sismo. Particularmente, se realizó un análisis comparativo entre la vulnerabilidad y el riesgo sísmicos estimados mediante el FEMA P-154 y los daños observados en los edificios estudiados debido al sismo del 16 de abril de 2016. Por lo anterior, enseguida se incluyen las secciones siguientes:

a) estimación del riesgo sísmico de edificios mediante un procedimiento de evaluaciónvisual rápida, b) evaluación de daños en edificios debidos al terremoto de Ecuador de2016, c) comparación de estimaciones de riesgo con los daños observados en losedificios, y d) conclusiones.

Figura 1. La ubicación de la ULEAM en la Ciudad de Manta (Fuente Google Earth)

ESTIMACIÓN DEL RIESGO SÍSMICO MEDIANTE PROCEDIMIENTO DE

EVALUACIÓN VISUAL RÁPIDA

En esta sección se presentan las características generales de los edificios de la ULEAM estudiados, se describe la implementación de la metodología FEMA P-154 (2015), se detallan los pasos para su implementación en la universidad de Ecuador, y se muestran los resultados obtenidos para los siete edificios considerados.

Caracterización de los edificios estudiados

Las principales características de los siete edificios considerados en este estudio se presentan en la Tabla 1. Todos ellos tienen una estructura de hormigón armado, con cierre de mampostería. En general en estas edificaciones el último nivel posee una cubierta liviana apoyada en una estructura metálica. Una foto de la vista principal de estos edificios, y un dibujo de una planta, se presentan en las Figuras 2 a 8. Los edificios estudiados han sido diseñados y construidos con distintas versiones del Código Ecuatoriano de la Construcción (CEC) como también se indica en la Tabla 1.

El proceso de evaluación que aquí se describe se desarrolló mayormente en el 2018, con posterioridad al terremoto que afectó a la ciudad de Manta en el 2016.

No. Edificio No. de niveles

Año constr.

Reglamento de diseño

Particularidad

1 Ciencias

Administrativas (Figura 3)

3 2005 CEC 2001

Las losas se conectan a media altura de un grupo de sus columnas, generando áreas de losas irregulares con esquinas reentrantes y columnas cortas.

2 Ciencias

Económicas (Figura 4)

4 2000 CEC 1977

Está implantado junto a una ladera, con probabilidad de peligro de deslizamiento. La planta baja posee muros estructurales en tres de sus cuatro lados, y su área de construcción, ubicada excéntricamente, es la tercera parte de las áreas de los pisos superiores, lo cual genera irregularidad en planta y en elevación.

3 Ciencias

Informáticas (Figura 5)

3 2005 CEC 2001

Esta es una de las pocas estructuras de la universidad que tiene como cubierta una losa de hormigón armado accesible. Presenta columnas cortas en zona de ventanas. En las puertas de salida hay probables peligros de caída de elementos arquitectónicos.

Tiene estructuras adyacentes que podrían provocar golpeteo en caso de un sismo. Presenta irregularidad en planta.

4 Enfermería (Figura 6)

3 2008 CEC 2001

Posee sectores con irregularidad en planta.

Presenta columnas cortas en zona de ventanas. Está implantado junto a una ladera que inicia cerca de su lado posterior.

5 Ingeniería (Figura 7)

3 1991 CEC 1977

Hay estructuras adyacentes que podrían provocar golpeteo en caso de un sismo; presenta columnas cortas en zonas de ventanas.

Tabla 1 – Datos generales de los edificios evaluados

No. Edificio No. de niveles

Año constr.

Reglamento de diseño

Particularidad

6

Odontología

(Figura 8) 2 Antes del

2001 CEC 1977

Una parte de este edificio se encuentra bajo el nivel de tierra, por lo que tiene muros de hormigón para contención de suelos en tres de sus lados, con alturas menores a la del entrepiso. Existe un edificio adyacente que podría ocasionar efectos de golpeteo.

7

Trabajo Social

(Figura 9) 3 2005 CEC 2001

Está junto a otro edificio vecino de 2 niveles, con posibilidad de interacción en caso de sismo. También presenta columnas cortas. Tiene una rampa interna que comunica solamente a la planta baja con el primer piso alto, generando un ducto que va hasta la cubierta, lo cual podría generar irregularidad en planta.

Tabla 1 (cont.) – Datos generales de los edificios evaluados

(a) (b)

Figura 2. Edificio No 1: Facultad de Ciencias Administrativas en 2020 (a) y planta tipo del edificio (b)

(a) (b)

Figura 3. Edificio No.2: Facultad de Ciencias Económicas en 2018 (a) y planta tipo del edificio (b)

(a) (b)

Figura 4. Edificio No. 3: Facultad de Ciencias Informáticas en 2018 (a) y planta tipo del edificio (b)

(a) (b)

Figura 5. Edificio No. 4: Facultad de Enfermería en 2018 (a) y planta tipo del edificio (b)

(a) (b)

Figura 6. Edificio No. 5: Facultad de Ingeniería en 2018 (a) y planta tipo del edificio (b)

La metodología de evaluación del FEMA P-154

La evaluación mediante el procedimiento del FEMA P-154 (2015) se lleva a la práctica mediante dos formularios. En el primero se identifican datos generales de la construcción, y deficiencias debido a irregularidades, clase de suelo y Código de construcción. Se logra un puntaje que tiene en cuenta la tipología del edificio evaluado y las deficiencias mencionadas. También se registran (sin asignar puntaje) la existencia de otros peligros. En el segundo formulario, se consideran modificadores al

(a) (b)

Figura 7. Edificio No. 6: Facultad de Odontología en 2018 (a) y planta estructural tipo del edificio (b)

(a) (b)

Figura 8. Edificio No. 7: Facultad de Trabajo Social en 2018 (a) y planta estructural tipo del edificio (b)

puntaje obtenido en el primero (previamente ajustados). Estos modificadores consideran situaciones específicas relativas a irregularidades y otras deficiencias. Se obtiene así un puntaje del segundo formulario que también se registra en el primero. Como resultado de la evaluación se determina si se requiere una evaluación de la estructura o de elementos no estructurales en forma detallada. A continuación, se describen con mayor detalle las características de los formularios mencionados. La justificación del valor que corresponde a cada situación en los formularios 1 y 2 se puede encontrar el FEMA P-155 (2015).

. Formulario Nivel 1

Se identifican los datos generales de la construcción, tales como ubicación, nivel de peligrosidad sísmica de la zona donde está ubicado, tipo de suelo, riesgos geológicos (licuefacción, deslizamientos, etc.), superficie que ocupa, número de pisos, año de construcción, existencia de ampliaciones, irregularidades, columnas cortas, golpeteo, etc. Para estos datos no hay asignación de puntaje, sino registro de datos o indicación de su existencia.

Luego se calcula el puntaje final para este formulario (nivel 1), en base a un puntaje básico y modificadores. El puntaje básico es función de la tipología de la construcción (según clasifica el FEMA). Los modificadores son números que cuantifican, para la tipología de construcción considerada, las irregularidades, el tipo de suelo, y si el edificio ha sido diseñado y construido con un código actual o antiguo. También en este formulario se deja registro de: la extensión de la evaluación respecto a la totalidad de edificio, otros riesgos presentes (golpeteo, caída de objetos, peligros geológicos, y patologías existentes), y si fue realizada la evaluación de nivel 2 (indicando el puntaje obtenido y la existencia de peligros no estructurales). Se concluye finalmente, como acción requerida, la necesidad de una evaluación estructural o no estructural más detallada.

Una imagen del formulario completado para el edificio de la Facultad de Ciencias Administrativas se presenta en la Figura 9.

. Formulario Nivel 2

Este formulario debe ser completado por un profesional de ingeniería o un estudiante con conocimientos en evaluación sísmica o diseño de edificaciones.

Se calcula primero el puntaje básico ajustado S’ en función de puntajes asignados en el formulario 1: puntaje final del nivel 1 (SL1), irregularidad en elevación (VL1), e irregularidad en planta (PL1). Básicamente se elimina en S’ la modificación de las irregularidades cuantificadas en el Formulario 1, para ponderarlas nuevamente, pero con más detalle. Así, el puntaje S’ es afectado por los modificadores estructurales: irregularidades en elevación (VL2), irregularidades en planta (PL2), y otras deficiencias o mejoras (M) relativas a redundancia, golpeteo, clase de edificación, y existencia derehabilitación. La sumatoria de los valores anteriores permite obtener el puntaje finaldel nivel 2 (SL2). También en este formulario se deja registrado (sin asignación depuntaje) la existencia de peligros no estructurales observables del exterior y del interiordel edificio, y el desempeño sísmico estimado para estos elementos de laconstrucción.

Finalmente, el puntaje SL2 es comparado con el valor de corte indicado en el manual, que tiene un valor de 2. De manera que, si en la evaluación rápida de la estructura el valor de SL2 es igual o menor que 2, entonces será necesario realizar una evaluación más detallada de la misma por un profesional en diseño estructural con experiencia en diseño sísmico. En la Figura 10 puede verse el Formulario 2 que se completó en la evaluación del edificio de la Facultad de Ciencias Administrativas.

Figura 9. Formulario de Nivel 1 para el edificio No. 1: Facultad de Ciencias Administrativas

Código Postal: 130802

No. de Pisos Sobre NPT: 3 Bajo NPT: Año de construcción: 2005 EST

Área total en planta: 335m2 Código año:

Ampliaciones: Ninguna Sí, año(s) de construcción:

Ocupación:

Asamblea Comercial Ser. Emergencia Histórico

Industrial Oficina Gobierno

Utilidad Almacén Residencial, # Unidades

Tipo de Suelo:

A B C D E F No lo sé

Roca Suelo

Débil Duro

Riesgos Geológicos: Licuefacción Si/No/No sé Deslizamientos Si/No/No sé Rup. Superf. Si/No/No sé

Adyacencia: Golpeteo Peligro de caída de un Edifico Adyacente más alto

Irregularidades: Vertical (tipo/severidad) Columna corta (severa)

Planta (tipo) Esquinas reentrantes

Peligros de caída Chimeneas sin refuerzo Revestimiento pesado

exteriores Antepechos Añadiduras

Otros

W1 W1A W2 S1 S2 S3 S4 S5 C1 C2 C3 PC1 PC2 RM1 RM2 URM MH

(MRF) (BR) (LM) RCSW(URM

INF)(MRF) (SW)

(URM

INF)(TU) (FD) (RD)

2.1 1.9 1.8 1.5 1.4 1.6 1.4 1.2 1.0 1.2 0.9 1.1 1.0 1.1 1.1 0.9 1.1

-0.9 -0.9 -0.9 -0.8 -0.7 -0.8 -0.7 -0.7 -0.7 -0.8 -0.6 -0.7 -0.7 -0.7 -0.7 -0.6 NA

-0.6 -0.5 -0.5 -0.4 -0.4 -0.5 -0.4 -0.3 -0.4 -0.4 -0.3 -0.4 -0.4 -0.4 -0.4 -0.3 NA

-0.7 -0.7 -0.6 -0.5 -0.5 -0.6 -0.4 -0.4 -0.4 -0.5 -0.3 -0.5 -0.4 -0.4 -0.4 -0.3 NA

-0.3 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 -0.3 -0.2 -0.1 -0.1 -0.2 0.0 -0.2 -0.1 -0.2 -0.2 0.0 0.0

1.9 1.9 2.0 1.0 1.1 1.1 1.5 NA 1.4 1.7 NA 1.5 1.7 1.6 1.6 NA 0.5

0.5 0.5 0.4 0.3 0.3 0.4 0.3 0.2 0.2 0.3 0.1 0.3 0.2 -0.3 0.3 0.1 0.1

0.0 -0.2 -0.4 -0.3 -0.2 -0.2 -0.2 -0.1 -0.1 -0.2 0.0 -0.2 -0.1 -0.2 -0.2 0.0 -0.1

-0.4 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 NA -0.3 -0.1 -0.1 -0.3 -0.1 NA -0.1 -0.2 -0.2 0.0 NA

0.7 0.7 0.7 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 1.0

EXTENSIÓN DE LA REVISIÓN OTROS RIESGOS ACCIÓN REQUERIDA

Exterior: Parcial Todos los lados Aéreo ¿Se requiere de una evaluación estructural detallada?

Interior: Ninguna Visible Si, tipo de edificación FEMA desconocido u otro edificio

Planos revisados: Si No Potencial golpeteo(a menos que SL2> Si, puntaje menor que el puntaje límite aceptable

Fuente de tipo de suelo: el puntaje límite aceptable Si, otros peligros presentes

Fuente de los peligros geológicos: Peligro de objetos que pueden caer de No

Persona de contacto: edificaciones adyacentes ¿Se recomienda una evaluación no estructural?

¿EVALUACIÓN DEL NIVEL 2 REALIZADA? Peligro geológicos o suelo Tipo F Si, peligros no estructurales identificados deben ser evaluados

Sí, Puntaje Final 2, SL2 0.9 No Daño/deterioro significativo en el No, existen peligros no estructurales que requieren de

Peligros no estucturales Si No sistema estructural mitigación, pero no es necesaria una evaluación detallada

No, no se han identificado peligros no estructurales. DNK

Leyenda MRF= Marco resistente a momento RC= Concreto Reforzado URM INF= Mampostería de relleno no reforzada

BR= Marco arriostrado SW= Muro de Corte TU= Levantados

MH= Casas Prefabricadas FD= Diafragma flexible

LM= Metal Ligero RD= Diafragma rígido

¿Existen peligros que hacen que se requiera una

evaluación estructural detallada?

Cuando la información no pueda ser verificada, el evaluador deberá tener en cuenta lo siguiente: EST = estimado o datos no confiables o DNK = No lo sé

Tipo de Suelo A o B

Tipo de Suelo E (1-3 Pisos)

Tipo de Suelo E (>3 Pisos)

Puntaje mínimo, Smin

PUNTAJE FINAL DEL NIVEL 1, SL1 ≥ Smin SL1=1.0 - 0.7 - 0.4 + 1.4 = 1.3 SL1=1.3>SMIN

Post-Referencia

Comentarios:

Existen losas que se conectan a media altura de las columnas.El área achurada que se aprecia en el

bosquejo tiene diferentes nivel en relación con el área no achurada, generando irregularidad vertical e

irregularidad en planta.

BOSQUEJO

PUNTAJE BÁSICO, MODIFICADORES Y PUNTAJE FINAL DEL NIVEL 1, SL1

TIPO DE EDIFICIO FEMANo se

sabe

(DNK)

Puntaje básico

Irregularidad Vertical Grave, VL1

Irregularidad Vertical Moderada, VL1

Irregularidad de planta, PL1

Pre-Código

Roca Suelo Suelo Suelo Si No se sabe, asumir

tipo DDura Denso Blando Pobre

Albergue

Evaluación Visual Rápida de Edificaciones ante Posibles Peligros Sísmicos Nivel 1

Formulario de Recolección de Datos FEMA P-154 MUY ALTA Sismicidad

FOTOGRAFÍA

Dirección: Matriz ULEAM, Facultad de Ciencias Administrativas, Manta

Otra Identificación: Campus Universitario - Manta

Nombre del Edificio: Facultad de Ciencias Administrativas

Uso: Educativo

Latitud: 528302 Longitud: 9894999

SS: 1.97 S1: 0.79

Evaluador(es): Jefferson Cevallos/ Carlos Zambrano Fecha / Hora : 15-01-2020/10:30

Escuela

N=+4.14

N=+2.70

0.30

0.50

0.65

2.00 2.00

2.00

0.95

2.00

2.000.85

0.85

2.00

N=+4.14

N=+4.14

N=+2.70 N=+2.70

N=+2.70

Figura 10. Formulario de Nivel 2 para el edificio No. 1: Facultad de Ciencias Administrativas

Evaluación Visual Rápida de Edificaciones ante Posibles Peligros Sísmicos Nivel 2 (Opcional)

Formulario de Recolección de datos FEMA P-154 MUY ALTA Sismicidad

La recolección de datos del Nivel 2 debe ser desarollado por un profesional de ingeniería o un estudiante con conocimientos en evaluación sísmica o diseño de edificaciones

Nombre de la Edificación: Facultad de Ciencias Administrativas SL1= 1.3 (no considerar SMIN)

Evaluador(es): Jefferson Cevallos / Carlos Zambrano Modificadores de Irregularidad Nivel 1: Irregularidad en Elevación, VL1= -0.7 Irregularidad en Planta, PL1= -0.4

Fecha/Hora: 15-01-2020 / 10:30 S'= (SL1 - VL1 - PL1) = 2.4

Sí

-0.9

-0.2

-0.5

-0.4

-0.2

-0.4

-0.7 VL2 = -0.8

-0.4 (Min=-0.9)

-0.2

-0.2

-0.2

-0.2 PL2 = -0.7

-0.5 (Min=-0.7)

+0.2

-0.7

-0.7

-0.4

-0.7

-0.3

-0.3

+0.5

+1.2 M= 0.0

PUNTAJE FINAL NIVEL 2, SL2= (S'+ VL2 +PL2 +M) ≥ SMIN : +2.4 -0.8 -0.7 +0.0 = 0.9 SMIN = 0.3 0.9

Se oberva algún daño o deterioro u otra condición que afecta negativamente al desempeño sísmico de la edificación: Si No

Si No

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Desempeño Sísmico No Estructural Estimado (Chequear el recuadro apropiado y transferirlo a las conclusiones del formulario Nivel 1)

Peligros potenciales no estructurales con una amenaza significativa a la seguridad de vida de los ocupantes » Evaluación no estructural detallada recomendada.

Peligros no estructurales identificados con una amenaza significativa a la seguridad de vida de los ocupantes » Pero Evaluación no estructural detallada no requerida.

Peligros no estructurales menores o inexistentes que amenacen a la seguridad de vida de los ocupantes » Evaluación no estructural detallada no requerida.

Comentarios: La mampostería no está debidamente confinada y la estructura metálica de la cubierta no se encuentra apoyada sobre la sección de las columnas, sino que se vincula con la

estructura solamente a través de soldaduras con las varillas de acero que están sobresaliendo del hormigón de las columnas.

Puntaje final Nivel 1, SL1:

PUNTAJE BÁSICO AJUSTADO:

Use SL2=

Otro peligro exterior observable no estructural que pueda caer.

InteriorExisten tejas de arcilla o tabique de ladrillo en grada o corredores de salida.

Otro peligro interior observable no estructural que pueda caer.

Existe un anexo de mampostería no reforzada sobre puertas de salida o pasillos peatonales.

Existe un aviso colocado en al edificación que indica que hay materiales peligrosos presentes.

Existe una edificación adyacente mas allá con una pared URM no anclada o un antepecho o chimenea URM no arriostrados.

PELIGROS NO ESTRUCTURALES OBSERVABLES

Ubicación Aspectos (Marcar "Si"o "No") Comentarios

Exterior

Existe un antepecho de mampostería no reforzada no arriostrada o una chimenea de mampostería no reforzada.

Existen revestimientos pesados.

Existe un elemento pesado sobre puertas de salidas o pasillos peatonales que parecen estar soportados inadecuadamente.

MH Existe un sistema de arriostramiento sísmico adicional previsto entre el suelo y la vivienda.

Rehabilitación Una rehabilitación significativa es visible o se conoce por los planos dados.

Si es afirmativo, describir la condición en la sección de comentarios e indicar en el formulario del Nivel 1 si una evaluación detallada es requerida independiente del puntaje del edificio.

+0.2

Edificación

PC1/RM2

La edificación está estrechamente espaciada, paredes interiores de altura completa( preferible que un espacio interior con pocas paredes como en

una bodega).+0.2

URM Paredes triangulares presentes.

Edificación S2 Es visible una geometría K de arriostramiento.

Edificación C1 Placas planas sirven como vigas en el pórtico resistente a momento.

Edificación

PC1/RM1

Existen uniones techo-pared que son visibles o que no están sujetos a flexión transversal según planos. (No se combinan con modifcadores de Post-

Referencia o de Rehabilitación.

Redundancia La edificación tiene al menos dos tramos de elementos laterales en cada lado del edificio en cada dirección.

Golpeteo

La edificación está separada de la estructura

adyacente en menos del 1% de la altura de la

edificación más baja y de la estructura adyacente y:

Los pisos no se alinean verticalmente dentro de 61cm El valor límite del modifcador

de puntaje por golpeteo es -

0.9

Una edificación es 2 o más pisos más alta que la otra

La edificación está al final del bloque o manzana

Otra irregularidadSe observa otra irregularidad severa en elevación que obviamente afecta al desempeño sísmico de la edificación.

Se observa otra irregularidad moderada en elevación que puede afectar al desempeño sísmico de la edificación.

Irregularidad en

Planta, PL2

Irregularidad torsional: el sistema lateral no aparece relativamente bien distribuido en planta en una o ambas direcciones. (No

incluye la irregularidad frente abierto W1A enumerados anteriormente).

Otra irregularidad: se observa otra irregularidad en planta que obviamente afecta al desempeño sísmico de la estructura.

-0.5

Sistema no paralelo: Existen uno o más elementos verticales grandes del sistema lateral que no son ortogonales entre sí.

Esquina reentrante: Ambas proyecciones de la esquina interior excede el 25% de toda la dimensión en planta en esa dirección.

Abertura de diafragma: Existe una abertura de diafragma de piso con un ancho mayor al 50% del ancho total del diafragma en ese nivel.

Discontinuidad fuera del plano en edificaciones C1,C2: Las vigas exteriores no están alineadas con las columnas en planta.

Nivel Desplazado Existe un nivel desplazado en una de las plantas o en el techo.

Edificación no W1: La longitud del sistema lateral en cualquier piso se encuentre entre el 50% y 75% que el piso superior o la

altura de cualquier piso está entre 1.3 y 2 veces la altura del piso superior.-0.4

Discontinuidad

Los elementos verticales del sistema lateral en un piso superior están despalazados de aquellos del piso inferior, causando que

el diafragma de piso trabaje en voladizo. -0.7

Los elementos verticales del sistema lateral en pisos superiores están desalineados con aquellos de pisos inferiores.

Existe una discontinuidad en el plano de los elementos laterales que es mayor que la longitud de estos elementos.

Columnas Cortas

C1,C2,C3,PC1,PC2, RM1, RM2: Al menos el 20% de las columnas (o pilares) a lo largo del eje de la columna en el sistema lateral

tiene relaciones altura/ancho menores que el 50% de la relación nominal altura/ancho en ese nivel.-0.4

C1,C2,C3,PC1,PC2, RM1, RM2: El ancho de columna (o ancho de pilas) es menor de la mitad del ancho del antepecho, o existen

paredes de relleno, o pisos adyacentes que cortan a la columna. -0.4

MODIFICADORES ESTRUCTURALES PARA SER CONSIDERADOS EN EL PUNTAJE BÁSICO AJUSTADO

Tema Aspecto (Si es verdadero, encerrar con un círculo el modificador "Sí", caso contrario tachar el modificador Subtotales

Irregularidad en

Elevación, VL2

Terreno en

pendiente

Edificación W1: Existe al menos un piso de diferencia de nivel entre un lado de la edificación con respecto al otro.

Edificación NO W1: Existe al menos un piso de diferencia de nivel entre un lado de la edificación con respecto al otro.

Piso débil y/o piso

blando(encerrar

máximo uno)

Edificación W1 con paredes cortas : es visible este tipo de pared no arriostrada en el espacio dejado.

W1 casa de garaje: Debajo de un piso que ocupa, existe un espacio de garaje sin un pórtico de acero resistente a momento, y

existe menos de 20cm de pared d=en la misma línea (para múltiples pisos ocupados por encima, usar como mínimo 40cm de

pared).

-0.9

Edificación W1A con abertura frontal: Existen aberturas en la planta baja (como parqueaderos) sobre al menos de 50% de la

longitud de la edificación.-0.9

Edificación no W1: La longitud del sistema lateral en cualquier piso es inferior al 50% de la del piso anterior o la altura de

cualquier piso es mayor a 2,0 veces la altura del piso superior.-0.7

La implementación de FEMA P-154 en los edificios seleccionados

La aplicación del FEMA P-154 (2015) tiene una fase de organización previa, otra de trabajo de campo, y una final para la evaluación de resultados.

La fase inicial en este estudio incluyó: solicitud de autorizaciones para el ingreso a los edificios, preparación de los formularios 1 y 2 en español, capacitación de las personas intervinientes, y búsqueda y análisis de la información disponible sobre los edificios. Se buscaron planos, años de construcción de los edificios, estudios de suelos, ampliaciones y cualquier otro aspecto relevante que pudiera incidir en el desempeño sísmico de las estructuras evaluadas. También se consultó a personas que habían estado relacionadas con la construcción de los edificios universitarios.

Para el trabajo de campo participaron un docente y catorce estudiantes del último año de la carrera de ingeniería civil de la ULEAM. Si bien para la cantidad de edificios considerados se podría haber desarrollado solo con un ingeniero experto en ingeniería sismorresistente y un evaluador capacitado, la participación de estudiantes permitió promover el conocimiento de una metodología de evaluación de estructuras. Además, aprovecharon la experiencia para desarrollar sus trabajos de final de carrera en esta temática, la cual no está incluida en el plan de estudios.

En cada edificio se procedió a observar los datos para poder completar en formato papel los formularios del FEMA P-154 (2015). Se registraron algunas medidas con cinta métrica, se tomaron fotografías con teléfono celular, y se registraron también con él la ubicación de los edificios. Estas tareas demandaron entre 30 y 45 minutos por cada edificación. La última etapa de la evaluación rápida se hizo en gabinete. Allí se revisaron y analizaron las planillas, y se obtuvieron los resultados.

La evaluación descrita no tuvo erogaciones de dinero, ya que los edificios pertenecen al mismo campo universitario que las personas que trabajaron en él. No hubo tampoco gastos en personal, por ejecutarse las tareas en el marco de un proyecto de investigación.

Resultados de la evaluación

En la Tabla 2 se muestran los puntajes obtenidos con la aplicación de los formularios de nivel 1 y de nivel 2 del FEMA P-154 (2015). Adicionalmente, en la Figura 11 se muestran gráficamente los puntajes del nivel 2 de cada edificio y se indica el valor de corte definido en el FEMA P-154. De acuerdo con este último documento, los edificios cuya puntuación sea igual o menor a 2 requieren una revisión detallada por un experto en diseño sísmico. De manera que tal como puede verse en la Figura 11, de acuerdo con el FEMA P-154, los 7 edificios estudiados requieren una revisión detallada como los mencionados del ASCE/SEI 41 (2017). Esto último significa también que, de acuerdo con esta metodología simplificada, los siete edificios estudiados podrían tener niveles de riesgo sísmico no aceptables, por lo que podrían tener altas probabilidades de sufrir daños durante la ocurrencia de sismos de importantes intensidades. Particularmente, en el presente estudio se consideró a la ciudad de Manta como una región con sismicidad muy alta. De acuerdo con el FEMA P-154 este tipo de regiones

puede caracterizarse por intensidades debidas al sismo máximo creíble. En el caso de una región de sismicidad muy alta se consideran aceleraciones espectrales iguales o mayores a 1.5g para periodo corto o de 0.2 s e iguales o mayores a 0.6g para periodolargo o igual a 1 s.

Tabla 2 – Resultados de la evaluación de nivel 1 y de nivel 2 con FEMA P – 154 de 7 edificios educacionales de Ecuador.

Figura 11. Resultados de la evaluación del riesgo de los 7 edificios estudiados de acuerdo con el nivel 2 del FEMA P-154

EVALUACIÓN DE DAÑOS EN EDIFICIOS DEBIDOS AL TERREMOTO DE

ECUADOR DE 2016

Particularidades relevantes del terremoto de 2016 en Ecuador se presentan a continuación, para presentar con posterioridad los resultados de una evaluación post

No. Edificio Puntaje nivel 1

Puntaje Final nivel 2

1 Ciencias Administrativas 1.3 0.9

2 Ciencias Económicas 0.3 0.3

3 Ciencias Informáticas 1.6 1.0

4 Enfermería 1.6 0.9

5 Ingeniería 0.3 0.3

6 Odontología 0.5 0.3

7 Trabajo Social 1.6 1.1

sismo de los 7 edificios estudiados, la cual fue llevada a cabo poco tiempo después de ocurrido el evento.

El terremoto de 2016

El sábado 16 de abril de 2016, a las 18:58, ocurrió en Ecuador un sismo de magnitud 7.8 (Mw magnitud momento), con hipocentro ubicado frente a Pedernales, provincia de Manabí (y a unos 200 km de la ciudad de Manta), según muestra la Figura 12. Este sismo se originó a 20 km de profundidad, como producto del desplazamiento entre la placa de Nazca y la placa Continental, fenómeno conocido como subducción (Instituto Geofisico, 2016).

En la Figura 13 se muestra el registro de aceleraciones en la componente Norte-Sur obtenido en la ciudad de Manta. En dicha componente se registró el mayor valor de PGA que alcanzó 0.51g. En la misma figura es posible observar las velocidades y desplazamientos calculados a partir de dichas aceleraciones. El máximo valor de PGA registrado en la ciudad de Manta se corresponde con la aceleración esperada para la zona de peligrosidad VI donde se encuentra Manta según la NEC (2015). Adicionalmente, en la Figura 14 se presentan los espectros de pseudo aceleraciones para estos registros, junto al espectro de diseño del reglamento ecuatoriano actual (NEC, 2015).

El terremoto ocasionó una gran cantidad de víctimas y una extensa destrucción especialmente en la Costa norte y centro del Ecuador. Es así, como consecuencia directa del terremoto y según los datos oficiales (Instituto Geofísico, 2020), se contabilizaron alrededor de 700 personas fallecidas, más de 7000 heridos, 22000 personas refugiadas, millares de edificaciones destruidas o inhabitables y pérdidas económicas estimadas en alrededor de tres mil millones de dólares.

Figura 12. Zona epicentral del sismo de 16/04/2016 (Fuente: Instituto Geofísico)

Figura 13. Registro de aceleraciones, velocidades y desplazamientos de la componente Norte-Sur del sismo de 16/04/2016 en la estación Manta procesado con

Seismograms Analyzer-e (Aguilar-Meléndez et al, 2017a, 2020).

Figura 14. Espectros de pseudo aceleraciones del registro sísmico del 16/04/2016 en la estación Manta y espectro de diseño de norma ecuatoriana (Instituto Geofisico,

2016)

La evaluación post sismo de los edificios considerados

El daño principal en los edificios de la universidad se observó en los muros de mampostería, que no son elementos estructurales. Se emplean como elementos de cierre, y se construyen sin confinamiento, una vez ejecutada la estructura de hormigón armado. Muchos de ellos fueron reemplazados, luego del terremoto, por elementos de yeso. En las Figuras 15 a 17 se observan alguno de los daños registrados luego del terremoto en los edificios de la ULEAM.

La metodología de evaluación post sismo no fue realizada por el mismo equipo que realizó la evaluación según el FEMA P-154, y tampoco se siguió un protocolo específico. Se hizo en base a lineamientos generales del Ministerio de Vivienda de Ecuador, a efectos de cuantificar mediante observación el daño en elementos estructurales y no estructurales. El resultado sintético de esta evaluación, para los edificios considerados en este trabajo, se presentan en Tabla 3.

Figura 15. Daños en muros de mampostería en el interior del edificio No. 2 de la ULEAM debidos al sismo del 16 de abril de 2016

Tabla 3 – Principales daños en los edificios evaluados con posterioridad al terremoto de 2016

No. de edificio

Principales daños observados

Nivel de daño

observado

1

Se observan elementos de fachada que colapsaron, debido a falta de confinamiento de la mampostería (ver Figura 17). Internamente también hubo mamposterías con daños severos que se tuvieron que demoler. La cubierta de esta edificación también tuvo problemas debido a que no existía una buena vinculación de la estructura metálica con la estructura de hormigón. Los elementos de hormigón armado del sistema estructural no sufrieron daños.

Moderado

2

Sufrió el golpeteo de edificio vecino, como se aprecia en Figura 18. Luego del terremoto se derribaron varios muros, así como parte de las columnas de hormigón armado del último piso.

Grande o severo

3

Resultó con afectaciones en mamposterías que ameritaron su demolición, especialmente en los últimos dos pisos. Además, se encontraron cerámicas de piso partidas, que estaban instaladas justo sobre la junta de construcción. No hubo daño en elementos estructurales.

Moderado

Tabla 3 (Cont.) – Principales daños en los edificios evaluados con posterioridad al terremoto de 2016

Figura 16. Daños post sismo en el edificio No.1: Ciencias Administrativas

No. de edificio

Principales daños observados Nivel de

daño observado

4

En el último nivel del edificio colapsó la mayor parte del cielo raso, debido al desprendimiento de las placas de yeso. En la parte posterior externa del edificio, se encontró un muro colapsado debido a un deslizamiento de suelos de la ladera. Varias paredes del 3er piso debieron ser demolidas por presentar daño severo. En los otros pisos también se demolieron algunas paredes. Adicionalmente se encontraron elementos de fachada sueltos, vidrios rotos y cerámicas partidas.

Moderado

5

No presentó afectaciones importantes en su sistema estructural. Solo se presentaron unas pocas fisuras en muros. El mayor daño se pudo visualizar por la caída del cielo raso en el auditorio ubicado en el tercer piso, daño en el sistema eléctrico y en el sistema de climatización.

Ligero

6 No presentó daños mayores, ya que solamente se vieron afectados algunos muros.

Ligero

7

Tuvo afectaciones leves y moderadas en sus muros, excepto uno de ellos que presentó daño severo. También se presentaron daños en el cielo falso con la caída de la mayoría de las placas de yeso del tercer piso. Los elementos de hormigón armado del sistema estructural no presentaron daños.

Moderado

Figura 17. Daños por golpeteo en el edificio No. 2: Ciencias Económicas

COMPARACIÓN DE ESTIMACIONES DE RIESGO CON LOS DAÑOS

OBSERVADOS EN LOS EDIFICIOS

En la Figura 18 se muestra en el mismo gráfico las puntuaciones de los siete edificios evaluados mediante el procedimiento FEMA P-154 y el nivel de daño que presentaron debido al sismo del 16 de abril de 2016. Se emplea color rojo para daño grande o severo, morado para daño moderado, y verde para daño ligero. Puede observarse que existe buena correlación entre los cuatro edificios (edificios No. 1, 3, 4 y 7) que obtuvieron un puntaje entre 0.9 y 1.1 y el daño moderado que sufrieron debido al sismo.

Figura 18. Puntuación de FEMA P-154 vs. daño observado post sismo

Sin embargo, este buen nivel de correlación no se mantuvo en la totalidad de los edificios que obtuvieron un puntaje de 0.3. En este caso, solo uno de los tres edificios sufrió daño severo (edificio No. 2) y los otros dos (edificios No. 5 y 6) sufrieron daño ligero.

De acuerdo con el FEMA P-154 uno de los edificios con el mayor nivel de riesgo es el edificio No.2, el cual también presentó el mayor daño sísmico. Es importante destacar, que dos factores presentes en dicho edificio que muy probablemente contribuyeron a su mal desempeño sísmico fueron su alta irregularidad geométrica en planta y su irregularidad en elevación. Estas condiciones son fuertemente destacadas en la metodología FEMA.

CONCLUSIONES

Para las edificaciones existentes es necesario contar con procedimientos aplicables a gran escala a efectos de estimar si las mismas tienen razonables probabilidades de tener un desempeño adecuado frente a futuros sismos o, si en cambio, es necesario recurrir a estudios más detallados para determinar con mayor precisión sus niveles de riesgo sísmico. Estos estudios podrán confirmar un futuro comportamiento sísmico aceptable, o si es necesario implementar estrategias de refuerzo.

Para la primera situación se ha mostrado en este trabajo que el procedimiento propuesto por el FEMA P-154 (2015) permite en forma rápida y a bajo costo llegar a resultados razonables sobre el posible nivel de riesgo sísmico de las edificaciones estudiadas. En base al estudio del comportamiento de los edificios evaluados después del terremoto de 2016, se puede afirmar que la respuesta obtenida al aplicar el procedimiento del FEMA tiene altos niveles de confiabilidad.

El desempeño de un edificio ante un sismo depende también de la respuesta de elementos no estructurales. El colapso de estos elementos puede provocar muertes, daños a otros elementos de la construcción, y el impedimento del uso de la edificación. Por ello, llama la atención que en la evaluación del FEMA si bien estos elementos son considerados, no participan en la asignación de puntaje alguno. En el caso particular de los edificios de la ULEAM, que fueron sometidos a una demanda sísmica compatible con el sismo de diseño, un porcentaje importante de los daños estuvieron relacionados con elementos no estructurales.

Habrá que analizar en nuevas investigaciones si los puntajes asignados por FEMA a cada tipología estructural, a cada deficiencia, y al número de corte, necesitan algún tipo de adaptación a las construcciones latinoamericanas. También será necesario valorar la importancia en ese procedimiento de considerar patologías en edificios de acuerdo con su ubicación geográfica.

Agradecimientos

Los autores agradecen a los estudiantes de la ULEAM que participaron en la evaluación según la metodología FEMA, y a esta universidad por la información proporcionada, así como por el financiamiento del proyecto de investigación relativo a este trabajo.

Referencias

Aguilar-Meléndez, A., Pujades, L., de la Puente, J., y otros (2017). Seismograms Analyzer-e, un software para analizar registros sísmicos 2017. Memorias del XXI Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, SMIS, Guadalajara, Jalisco, Mexico.

Aguilar-Meléndez, A., Pujades, L., De la Puente, J., Rodríguez-Lozoya, H.E., Ibarra, L., Campos-Ríos, A. (2020) Seismograms Analyzer-e. Ver. 2.0. https://www.bsc.es/es/research-and-development/software-and-apps/software-list/seismograms-analyzer-e

ASCE/SEI 41 (2017). Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. American Society of Civil Engineering.

FEMA P-154 (2015). Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: A Handbook. FEMA & NEHRP.

FEMA P-155 (2015). Rapid Visual Screening of Buildings for Potential Seismic Hazards: Supporting Documentation. FEMA & NEHRP.

Instituto Geofísico (2016). Informe Sísmico Especial N. 18 - 2016. Recuperado el 15 de junio de 2017, de Informe Sísmico Especial N. 18 - 2016 - Instituto Geofísico - EPN (igepn.edu.ec).

Instituto Geofísico (2020). Cuatro años después del terremoto de Pedernales: un testimonio sobre el peligro sísmico en el Ecuador. Obtenido de https://www.igepn.edu.ec/interactuamos-con-usted/1810-cuatro-anos-despues-del-terremoto-de-pedernales-un-testimonio-sobre-el-peligro-sismico-en-el-ecuador.