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31 de octubre de 2018
Retos para la implantación de una política pública de aumento de la resiliencia
sísmica de la infraestructura escolar de México
Sergio M. Alcocer
Investigador Titular
IV C
ongreso
SRA-L
A 2
018
Proyecto INIFED-II-BM
Objetivo:
• Generar conocimiento basado en la evidencia, así como análisis deldesempeño estructural y no estructural de los edificios escolares másafectados en México por los terremotos del 7 y 19 de septiembre de 2017, conel fin de informar y documentar el proceso de recuperación.
En particular, el proyecto está diseñado para:
• Definir una estrategia de recuperación para infraestructura escolar.• Establecer una estrategia de reducción de vulnerabilidad sísmica para
infraestructura escolar nueva y existente que será intervenida.• Desarrollar una plataforma de información para evaluar el desempeño de
edificios en futuros eventos sísmicos.IV C
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Ambiente sísmico en México – principales eventos de subducción
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M8.2 Septiembre 7 – Sismo de Tehuantepec
• Sismo de mayor magnitud registrado en México
• Brecha sísmica de Tehuantepec –¿brecha asísmica?
• 23:49:18 h hora local (CST)• 14.85N, -94.11W, 58 km de
profundidad• Intraplaca – falla normal – 12 m
desplazamiento• Echado: 50-55 grados• Esfuerzos transferidos hacia arriba
y al NO• 700 km de CDMX• >25,370 réplicas (M6.1)IV
Congre
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M7.1 Septiembre 19 –sismo de Puebla-Morelos
• 13:14:40 h hora local (CST)
• 18.4 N, 98.72W, 57 km de
profundidad
• Intraplaca – falla normal
• 120 km de CDMX
• 39 réplicas
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Efectos de sitio – de nuevo, pero distintos
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Resumen del impactoCosto total – 2.5 mil millones de dólares, est.
Sept 7 Sept 19 Total
Fallecimientos 98 369(228 CDMX)
477
Vivienda – daño menor NA NA >83 000
Vivienda – daño moderado NA NA >46 100
Vivienda – por reconstruir NA NA >50 000
Escuelas – daño menor NA NA >12 788
Escuelas – daño moderado 2 600 2 460 6 856
Escuelas – por reconstruir 260 40 210
Salud 100 instalaciones de tamaño diferente
27 instalaciones de tamaño diferente
130
Monumentos históricos NA NA 2 000 +
18
0 0
00
19
85
4
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Apartados 6 y 7
- Daños que presenta el inmueble por Edificio o Área Exterior- Propuestas para Reconstrucción por Edificio o Área Exterior
Apartados 8 y 9
- Daños que presenta el inmueble por Edificio en Mobiliario, Equipo y Contenido- Propuestas para Reposición en el inmueble por Edificio en Mobiliario, Equipo y Contenido
Cédulas de Evaluación
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• Para tener la clasificación completa de una estructura, es necesario completar la información restante como:
o Número de pisos (LR para un nivel, MR para 2 y 3 niveles y HR para 4 o más niveles). Las siglas LR, MR y HR se refieren a Low-Rise, Mid-Rise y High-Rise.
o Nivel de diseño sísmico PD (diseño pobre), LD (diseño bajo), MD (diseño medio) y HD (diseño alto).o Etc.
FR-FLEXIBLE ROOF; NO-NO IRREGULARITIES; LP-LONG PANEL; LO-LARGE OPENINIG; SF-STIFF FOUNDATION; NP-NO POUNDING; OS-ORIGINAL STRUCTURE; PC-POOR CONDITION; VC-VULNERABLE NON-STRUCTURAL COMPONENTS
Metodología de clasificación de escuelas GLoSI
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Estructuras Regionales
Geometría
N L T H Apoyo Azotea
Tech
um
bre
lige
ra
6.00x5.30
1
6.00 5.30
2.50Techumbre apoyada
apoyada sobre largueros etálicos de secció C
Lámina acanalada6.00x6.00 6.00 6.00
6.00x8.00 6.00 8.00
Losa
de
co
ncr
eto
, co
n m
och
eta
exte
rio
r
6.00x5.30.
1
6.00 5.30
2.50
Techumbre apoyada sobre los muros transversales.
Mochetas de mampostería confinada.
Losa de Concreto
6.00x6.00 6.00 6.00
6.00x8.00 6.00 8.00
Losa
de
co
ncr
eto
6.00x5.30
1
6.00 5.30
2.50 Techumbre apoyada sobre los muros transversales.
Losa de concreto
6.00x6.00 6.00 6.00
6.00x8.00 6.00 8.00IV C
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Distribución geográfica del daño
MEDIO GRAVE
NULO LIGERO
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Tipos de dañoDaño en muros por tensión diagonal
Daño en contrafuertes
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Secundaria “Gral. Heliodoro Charis Castro“, Juchitán
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Secundaria “Gral Heliodoro Charis Castro“, Juchitán
U2, diseño 1970:Marcos metálicos prefabricados con muros de mampostería confinada
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Secundaria Téc. 17, San Pedro Comitancillo
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Secundaria Téc. 17, San Pedro Comitancillo
Daños, sismo 19 sep 2017 (fotos INIFED)
Edificios nuevos en la primaria “10 deabril”, ausencia de contrafuertes ycolocación de tinacos en la losa
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Comportamiento numérico de edificios escolares
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Sa/g
T (seg)
Espectros de Diseño Transparentes Regionales
ZONA C TERRENO I ZONA C TERRENO II ZONA C TERRENO III
ZONA D TERRENO I ZONA D TERRENO II ZONA D TERRENO III
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Sa/g
T (seg)
Espectros de Diseño Modificados
ZONA C TERRENO I ZONA C TERRENO II ZONA C TERRENO III
ZONA D TERRENO I ZONA D TERRENO II ZONA D TERRENO III
Coeficiente de amortiguamiento: 5%
Coeficiente de sobreresistencia, RO: 2
Factor de redundancia, ρ: 0.8 para estructuras a base de marcos con una sola crujía. Para el sentido en donde se tengan dos o más
crujías, se empleó un valor de 1.25
Factor de irregularidad, FI
Factor de comportamiento sísmico, Q: 2
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Comportamiento numérico de edificios escolares
EI1 EI4
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Comportamiento cortante - desplazamiento
• Predice con más exactitud elcomportamiento identificandolos miembros y la zona de losmiembros que alcanzan estadoscríticos durante un sismo,tomando en cuenta losaspectos de no linealidad demiembros, elementos, zonas deelementos y de la estructura engeneral
Análisis No lineal
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El Método N2 (utilizado para determinar el
desempeño) se resume en 8 puntos:
1) Recabar datos.• Estructura• Espectro de aceleración elástico.
2) Determinar espectros de demanda en formato AD.Determinar espectros elásticos en formato AD (aceleración-desplazamiento).= 24𝜋2 𝑎3) Realizar el análisis estático no lineal (push-over).
• Suponer la forma de desplazamiento 𝛷 .• Determinar la distribución vertical de fuerzas laterales.= 𝑀 𝛷 , 𝑖 = 𝑚𝑖 𝛷𝑖
0
2
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Sa/g
T (seg)
Espectros de Diseño Transparentes Regionales
Comportamiento numérico de edificios escolares
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Comportamiento numérico de edificios escolares
4) Determinar el sistema equivalente de 1GDL.
• Determinar masa m* 𝑚 ∗=𝑚𝑖 𝛷𝑖Nota: 𝛷𝑛 = . , n denota el nivel de la azotea.
• Transformar las cantidades del sistema de VGDL (Q) a cantidades del sistema de 1GDL (Q*)
∗= 𝛤 , 𝛤 = 𝑚 ∗σ𝑚𝑖 𝛷𝑖• Determinar de forma aproximada la curva elasto-plástica que relaciona fuerza-desplazamiento
-50000
0
50000
100000
150000
200000
-0.5 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 13.5
Co
rtan
te (
kg)
Desplazamiento (cm)
Curva de capacidad
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Comportamiento numérico de edificios escolares
0
0.5
1
1.5
2
0 1 2 3
Sa (
g)
D (cm)
Espectro de capacidad del edificio
Curva de capacidadbilinealCurva de capacidad
Umbral cortante alprimer agrietamentoUmbral cortantemáximoUmbral cortanteúltimo
• Determinar la fuerza de fluencia Fy*, el desplazamiento de fluencia Dy*, y el periodo T*
∗= 𝜋 𝑚 ∗ 𝐷𝑦 ∗𝐹𝑦 ∗• Determinar el espectro de capacidad (aceleración contra desplazamiento)
𝑎 = 𝐹 ∗𝑚 ∗5) Calcular la demanda sísmica sobre el sistema de 1GDL.
• Determinar factor de reducción µµ = 𝑎𝑎𝑦0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Sa (
g)
D (cm)
Espectros elásticos de demanda y Espectro de capacidad del edificio
Curva de capacidad bilineal
Espectro Elástico (Zona D, TerrenoIII)Espectro Elástico (Zona D, TerrenoII)Espectro Elástico (Zona D, TerrenoI)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoIII)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoII)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoI)T=0.138 s
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Comportamiento numérico de edificios escolares
Determinar el desplazamiento demandado = 𝐷 ∗= µ + µ − 𝐶∗ ∗< 𝐶= ∗≥ 𝐶
6) Determinar la demanda sísmica global sobre el sistema de VGDL.
• Transformar la demanda de desplazamiento del sistema de 1GDL a desplazamiento en la azotea del sistemade VGDL.𝐷𝑡 = 𝛤
7) Determinar las demandas sísmicas locales.
• Interpretar el desplazamiento en la azotea (Dt) del análisis estático no lineal realizado en el sistema de VGDL.
• Determinar cantidades locales (ejemplo: distorsiones de entrepiso, rotaciones, etc.), correspondientes con Dt.
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Comportamiento numérico de edificios escolares
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
-0.1 0.4 0.9 1.4 1.9 2.4 2.9
Sa (
g)
D (cm)
Desempeño de la estructura (en dirección X)Curva de capacidad bilineal
Espectro Elástico (Zona D, Terreno I)
Espectro Elástico (Zona C, Terreno II)
Espectro Elástico (Zona C, Terreno I)
Espectro Inelástico (Zona D, Terreno III)
Espectro Inelástico (Zona D, Terreno II)
Espectro Inelástico (Zona C, Terreno III)
Punto de desempeño (Zona D, Terreno I)
Punto de desempeño (Zona C, TerrenoIII)Punto de desempeño (Zona C, Terreno II)
Punto de desempeño (Zona C, Terreno I)
Umbral del citerio de aceptaciónOcupación Inmediata (SEAOC)Curva de capacidad
8) Evaluar el desempeño de la estructura.
• Determinar el nivel de desempeño local y global de la estructura, comparando las demandas sísmicas locales y
globales con la curva capacidad pertinente.
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Resumen de resultados Material de la
estructura
Edificios índice
Dirección
Zona C Zona D
Tipo de terreno Tipo de terreno
I II III I II III
Mampostería
EI1 X OI OI DM OI x x
Y OI OI OI OI x x
EI2 X OI DM x OI x x
Y OI OI OI OI x x
EI3 X OI DS x OI/DM x x
Y OI OI OI OI x x
EI4 X OI x x OI/DM x x
Y OI OI OI/DM OI x x
Concreto
EI5 X OI/DM x x DS x x
Y OI x x OI/DM x x
EI6 X DM x x x x x
Y DM x x x x x
EI7 X OI/DM DS x DM x x
Y DM x x x x x
EI8 X OI OI OI OI OI DM
Y OI OI OI OI OI/DM DM/DS
EI9 X OI OI OI OI OI DM
Y OI OI OI OI OI OI
Comportamiento numérico de edificios escolares
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Edificios índice, EI, estudiados numéricamente
• EI1R - Regional 6 x 8 (C) 1 AULA, ZONAS SÍSMICAS C Y D, CONTRAFUERTES, REHABILITADA CON ENCAMISADO DE MUROS
Taxonomía - CM/ LR/ MD/ RR/ NO/ LP/ LO/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC
• EI4R - Regional 6 x 8 (C) 4 AULAS, ZONAS SÍSMICAS C Y D, CONTRAFUERTES, REHABILITADA CON ENCAMISADO DE MUROS
Taxonomía - CM/ LR/ MD/ RR/ NO/ LP/ LO/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC
• EI5R - U1C (70), (85, 2011), ZONAS B, C Y D,REHABILITADA CON MUROS DE CONCRETO Y MAMPOSTERÍA
Taxonomía - RC2/ LR/ LD/ RR/ NO/ LP/ SW/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC
• EI6R - U2C (70), (85, 2011), ZONAS B, C Y D, REHABILITADA CON MUROS DE CONCRETO Y MAMPOSTERÍA
Taxonomía - RC2/ MR/ LD/ RF+RR/ NO/ LP/ SW/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC
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Curvas de capacidad de EI5 y EI5R, dirección X
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 2 4 6 8 10 12 14
Co
rtan
te (
kg)
Desplazamiento (cm)
Curva de capacidad
U1-C Rehabilitada (Planos 1981) U1-C (Planos 1981)
MODELO U1-C (PLANOS 1981)
REFORZADA CON MUROS DE CONCRETO
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Desempeño sísmico EI5 (U1-C, 1981)
Zonas sísmicas C y DDirección X
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Desempeño sísmico EI5R (U1-C, 1981)
Zonas sísmicas C y DDirección X – muros de concreto • Resistencia EI5R (direcciones X y Y) superior a la demanda
• Cumple con la condición de OI
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Impacto de los sismos de 2017
Estructuras atípicas Bardas - Guía para el diseño, construcción, supervisión y mantenimiento de
bardas de escuelas .
Reducción incremental del riesgo
Estrategia de reducción incremental del riesgo en escuelas
Evaluación post-sísmica
Guía y manual para evaluación post-sísmica de la seguridad estructural deescuelas IV
Congre
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Rehabilitación sísmica
Guía y manual para la rehabilitación sísmica de escuelas.
Escuelas nuevas
Actualización de las Normas Técnicas del INIFED relativas a la seguridadestructural
Construcción y supervisión de la construcción
Guía para la construcción y supervisión de la construcción de escuelas
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Mantenimiento y modificaciones inapropiadas
Guía para el mantenimiento y la conservación de construccionesescolares
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Reflexión final
• Continuar los esfuerzos para desarrollar las capacidades humanas, normativas, organizacionales, financieras, entre otras, en INIFED y organismos estatales para reducir el riesgo sísmico de escuelas.
• Urgente necesidad de diseñar y contar con cuadros técnicos capacitados y en cantidad suficiente para atender la problemática de la infraestructura escolar. Esto incluye a especialistas en diseño, construcción, supervisión, mantenimiento y operación. De preferencia, estos especialistas deben ser ingenieros civiles o equivalentes.
• Implantar un programa de reducción del riesgo e incremento de la seguridad y resiliencia de las escuelas, con énfasis en la prevención.
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31 de octubre de 2018
Retos para la implantación de una política pública de aumento de la resiliencia
sísmica de la infraestructura escolar de México
Sergio M. Alcocer
Investigador Titular
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