I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
APLICACIÓN DE REDES BAYESIANAS DIFUSAS COMO
HERRAMIENTAS DE TOMA DE DECISIONES PARA MEDIR
DAÑOS ESTRUCTURALES A EDIFICIOS POST-SISMICO DE
LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTOR(ES):
Danny Valentín Peralta Arévalo
Eduardo Gregorio Seigua García
Tutor:
Ing. Lorenzo Cevallos Torres, M.Sc.
Guayaquil – Ecuador
I REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TITULO:“Aplicación de redes bayesianas difusas como herramienta de toma de decisiones para medir
daños estructurales a edificios post-sísmicos de la Universidad de Guayaquil”
AUTOR/ES:
Danny Valentín Peralta Arévalo Eduardo Gregorio Seigua García
REVISOR:
Lsi. Jefferson Elías Núñez Gaibor Msig.
INSTITUCION:
10 de Septiembre del 2018
Nº DE PAGS: 208
ÁREAS TEMATICAS:
Estadísticas, Logística, Matemática
PALABRAS CLAVES: Habitabilidad de Edificios Post-Sísmicos, Evaluación de Expertos, Redes Bayesianas, Lógica Difusa, Herramientas Tecnológicas.
RESUMEN: El presente proyecto de investigación propone un modelo computacional de toma de decisiones bajo incertidumbre mediante el uso de Redes Bayesianas Difusas, permitiendo dar soporte al criterio de expertos en base a la problemática planteada que define el estado estructural y habitabilidad de las edificaciones que se fundamentan en la evaluación de daños estructurales post-sísmicos, teniendo en consideración la necesidad que existe de disponer metodologías evaluativas debido a las grandes amenazas sísmicas ocurridas en los últimos años en el Ecuador, conforme a esto la Universidad de Guayaquil se ha visto inmersa a sufrir múltiples afectaciones estructurales entre ellas las edificaciones de Ciencias Económicas como de Arquitectura y Urbanismo, conforme a esta metodología se tomará en cuenta el modelado probabilístico de una Red Bayesiana y un Controlador difuso mediante el uso de herramientas tecnológicas el cual brindará como resultante una óptima toma de decisiones preservando la integridad de la comunidad universitaria.
Nº DE REGISTRO: Nº DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO URL(TESIS EN LA
WEB): Si No
CONTACTO CON AUTOR/ES: TELÉFONO:
0991087265
Carrera Ingeniería En Sistemas Computacionales
NOMBRE: Ab. Juan Chávez Atocha
TELÉFONO: 2307729
II
APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de investigación, “Aplicación de redes bayesianas difusas como herramientas de toma de decisiones para medir daños estructurales a edificios post-sísmico de la Universidad de Guayaquil” elaborado por los Sres. DANNY VALENTÍN PERALTA ARÉVALO Y EDUARDO GREGORIO SEIGUA GARCÍA, Alumnos no titulados de la Carrera de Ingeniería En Sistemas Computacionales, Facultad de Ciencias Matemáticas Y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención del título de Ingeniero en Sistemas Computacionales, me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado , la apruebo en todas sus partes.
Atentamente
_______________________________________ Ing. Lorenzo Cevallos Torres, M.Sc.
III
DEDICATORIA
El mayor soporte que puede tener una persona en toda de su vida es su familia, por eso dedico este presente proyecto de titulación a mis padres Julio Peralta y María Arévalo los cuales han estado presentes impartiéndome sus consejos,
sus conocimientos, además de alentarme en todo este proceso de formación académica, a ellos va dedicado este mi trabajo y mis futuros logros.
IV
AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente las grandezas y bendiciones que Dios me ha otorgado mediante la familia que me brindo, a mis padres por el esfuerzo realizado en mí superación y precaución como persona.
Al ingeniero Lorenzo Cevallos, tutor académico y persona guía responsable de impartirme sus
conocimientos para el éxito de este presente trabajo.
Gracias
V
DEDICATORIA
El presente proyecto de titulación va dedicado a mis padres Walter Seigua y Blanca García, a mi hermana Emma Seigua, el cual fueron pilar fundamental para poder lograr mi meta, porque con sus buenos consejos y experiencias me alimentaron de conocimiento para seguir adelante.
VI
AGRADECIMIENTO
Agradezco en primer lugar a Dios que me dio capacidad y empeño para realizar el proyecto de titulación. Agradezco a mis padres y hermana por el apoyo incondicional que me han brindado.
Al Ingeniero Lorenzo Cevallos Torres, tutor académico, por ser un buen ejemplo a seguir e impartir sus conocimientos para la elaboración del Proyecto de Titulación.
Gracias
VII
TRIBUNAL DEL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD CIENCIAS MATEMATICAS Y
FISICAS
Ing. Abel Alarcón Salvatierra, Mgs. DIRECTOR DE LA CARRERA DE
INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Lsi. Jefferson Nuñez Gaibor, Msig. PROFESOR REVISOR DEL ÁREA
TRIBUNAL
Ing. Lorenzo Cevallos Torres M.Sc. PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO
DE TITULACIÒN
VII
Declaración Expresa
“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
________________________________ DANNY VALENTÍN PERALTA ARÉVALO
VIII UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
APLICACIÓN DE REDES BAYESIANAS DIFUSAS COMO HERRAMIENTA DE TOMA DE DECISIONES PARA MEDIR DAÑOS ESTRUCTURALES A
EDIFICIOS POST-SÍSMICO DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar el título de INGENIERO EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Autores:
Danny Valentín Peralta Arévalo C.I. 0929833028
Eduardo Gregorio Seigua García C.I. 0924949308
IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por el/la estudiante DANNY VALENTÍN PERALTA ARÉVALO, EDUARDO GREGORIO SEIGUA GARCÍA como requisito previo para optar el título de ingeniero en Sistemas Computacionales cuyo problema es:
“Aplicación de redes bayesianas difusas como herramienta de toma de decisiones para medir daños estructurales a edificios post-sísmicos de la Universidad de Guayaquil”
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Danny Valentín Peralta Arévalo Cédula de ciudadanía Nº 0929833028 Eduardo Gregorio Seigua García Cédula de ciudadanía Nº 0924949308
Tutor: Ing. Lorenzo Cevallos Torres M.Sc
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN FORMATO DIGITAL
1. Identificación del Proyecto de Titulación Nombre Alumno: Danny Valentín Peralta Arévalo Dirección: Martha de Roldos Mz.104 V.11
Teléfono: 0990532193 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Sistemas Computacionales
Proyecto de titulación al que opta: Ingeniero en Sistemas Computacionales
Profesor Guía: Ing. Lorenzo Cevallos Torres M.Sc
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de titulación. A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este proyecto de titulación.
_____________________________ _____________________________ Danny Valentín Peralta Arévalo Eduardo Gregorio Seigua García
3. Formato de Envio
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc O .RTF y .Pdf para PC. Las imágenes pueden ser: gif, jpg o .TIFF
DVDROM CDROM
Nombre Alumno: Eduardo Gregorio Seigua García
Dirección: Floresta II Mz. 154 V.11
Teléfono: 0991087265 E-mail: [email protected]
Título de Proyecto de Titulación: Aplicación de redes bayesianas difusas como herramienta de toma de decisiones para medir daños estructurales a edificios post-sísmicos de la Universidad de Guayaquil
Tema del Proyecto de Titulación: Habitabilidad de Edificios Post-Sísmicos, Evaluación de Expertos, Redes Bayesianas, Lógica Difusa, Herramientas Tecnológicas.
XI
UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO ... 4
SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS ... 5
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA ... 6
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA ... 7
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ... 7
EVALUACIÓN DEL PROBLEMA ... 8
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ... 9
ALCANCE ... 10
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ... 10
METODOLOGÍA A EMPLEARSE ... 11
DISEÑO METODOLÓGICO ... 12
¿QUÉ BENEFICIOS OBTENDREMOS? ... 14
CAPITULO II ... 16
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ... 76
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN... 76
POBLACIÓN Y MUESTRA ... 79
MARCO MUESTRAL... 87
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS... 91
XII
ABREVIATURAS
LD Lógica Difusa RB Redes Bayesianas I.A. Inteligencia Artificial RBD Redes Bayesianas Difusas GDA Grafo dirigido a cíclico UG Universidad de Guayaquil
C.C.MM.FF Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas M.Sc Master
ING Ingeniero
AB Abogado
XIII
SIMBOLOGÍA
ML Magnitud Local
XIV
ÍNDICE DE CUADROS
PAG.
Tabla 1 Causas y Consecuencias del Problema………..6
Tabla 2 Delimitación del problema……….7
Tabla 3 Escala de Mercalli Modificada……….……...38
Tabla 4 Escala de Richter………..………40
Tabla 5 Elementos estructurales a evaluar dependiendo del sistema estructural……….45
Tabla 6 Índices de daños………...46
Tabla 7 Niveles de daños ………..……...48
Tabla 8 Niveles de daños………..…49
Tabla 9 Variables que conforman un Metaanálisis ……….….87
Tabla 10 Sitios Recurridos para la Obtención de Información ……….……88
Tabla 11 Tipos de Variables mediante codificación………..89
Tabla 12 Palabras claves mediante Codificación ……….89
Tabla 13 Criterio de Selección……….90
Tabla 14 Tabla de Frecuencia de la Variable Bibliográfica……….92
Tabla 15 Tabla de Frecuencia de la Variable Tipo de Investigación………..…93
Tabla 16 Tabla de Frecuencia de la variable Número de Referencia de Artículo…...…94
Tabla 17 Tabla de Frecuencia de la Variable Palabras Claves……….……95
Tabla 18 Tabla de Frecuencia de la Variable Criterio de Selección………..…96
Tabla 19 Tabla de Frecuencia de la Variable Número de veces que se repiten las palabras "Evaluación Sísmica" en los artículos ………...97
Tabla 20 Número de veces que se repiten las Palabras "Lógica Difusa" en los Artículos………..…………99
Tabla 21 Tabla de Frecuencia de la Variable "Número de veces que se repiten las Palabras "Redes Bayesianas" en los Artículos.………..100
Tabla 22 Tabla de Frecuencia de la Variable Número de veces que se repiten las Palabras "Daños Estructurales en edificaciones" en los Artículos………...………101
Tabla 23 Tabla de Frecuencia de la Variable Número de veces que se repiten las palabras "Habitabilidad del Edificio" en los artículos………...……….102
Tabla 24 Respuestas de los expertos de manera cuantitativa………105
Tabla 25 Respuesta de los expertos de manera cuantitativa porcentual………106
XV
Tabla 27 Valoración de los Expertos a Elementos Estructurales……….131
Tabla 28 Valoración de los Expertos a Elementos no Estructurales………132
Tabla 29 Valoración de los Expertos a Condiciones de Suelo……….132
Tabla 30 Valoración de los Expertos a Condiciones Preexistentes………133
Tabla 31 Tabla Comparativa de Evaluación a daños……….136
XVI
ÍNDICE DE GRAFICO
PAG.
Figura 2.1 Ruta de Evacuación hacia la Plaza Central de la Universidad Guayaquil…...23
Figura 2.2 Esquema Metodológico en el Proceso Investigativo……….26
Figura 2.3 Función Triangular………..55
Figura 2.4 Función Trapezoidal………56
Figura 2.5 Función S………..57
Figura 2.6 Operación Unión………..58
Figura 2.7 Operación Intersección………...58
Figura 2.8 Operación Complemento………59
Figura 2.9 Diagrama de bloques de un sistema difuso……….61
Figura 2.10 Caso Practico de Implementación de red bayesiana………65
Figura 2.11 Caso Practico de Implementación de red bayesiana TAN……….66
Figura 2.12 Caso Practico de Implementación de red bayesiana SAN……….66
Figura 2.13 Caso Practico de Implementación de red bayesiana con tres variables……67
Figura 2.14 Ejemplo de resultados en redes bayesianas………68
Figura 3.1 Caracterización de la Investigación Evaluativa………..78
Figura 3.2 Diagrama de barras de la variable bibliografía………93
Figura 3.3 Diagrama de barras de la variable tipo de investigación………94
Figura 3.4 Diagrama de barras de la variable número de referencia de articulo…………95
Figura 3.5 Diagrama de barras de la variable de la palabras claves………..96
Figura 3.6 Diagrama de barras de la variable de criterio de selección………97
Figura 3.7 Diagrama de barras de la variable Número de veces que se repiten las palabras "Evaluación Sísmica" en los artículos………98
Figura 3.8 Diagrama de barras de la variable Número de veces que se repiten la Palabra "Lógica Difusa" en los artículos………99
Figura 3.9 Diagrama de barras de la variable Número de veces que se repiten las palabras "Redes Bayesianas" en los Artículos………100
Figura 3.10 Diagrama de barras de la variable Número de veces que se repiten las palabras “Daños estructurales en edificaciones……….101
XVII
Figura 3.14 Diagrama de Barras de las respuestas obtenidas en tercera pregunta…..109
Figura 3.15 Diagrama de Barras de las respuestas obtenidas en la cuarta pregunta…110 Figura 3.16 Diagrama de Barras de las respuestas obtenidas en la quinta pregunta…111 Figura 3.17 Diagrama de Barras de las respuestas obtenidas en la sexta pregunta….112 Figura 3.18 Diagrama de Barras de las respuestas obtenidas en la séptima pregunta.113 Figura 3.19 Funciones de Membresía a través del método de Mandami………120
Figura 3.20 Nivel de Daño en edificios………..121
Figura 3.21 Diseño de Nodo Padre conteniendo una Probabilidad A Priori……..122
Figura 3.22 Modelo de Red Bayesiana validada por Expertos Evaluadores……123
Figura 3.23 Relación de Dependencia y tabla de Probabilidad Condicional existente entre Nodo Sismo y Nodo Vigas ………...………125
Figura 3.24 Tabla de Probabilidad Condicional dependiendo de todas las posibles combinaciones de las R.B y Nodo Nivel de Habitabilidad determinada mediante Inferencia………..125
Figura 3.25 Red Bayesiana diseñada a través del software computacional "Elvira"…..127
Figura 3.26 Nivel de Daños en Elementos Estructurales………129
Figura 3.27 Nivel de Daños en Elementos No Estructurales………129
Figura 3.28 Nivel de Daños En Condición de los suelos………129
Figura 3.29 Nivel de Daño En Condición Preexistente………..130
Figura 3.30 Índices de Daños……….130
Figura 3.35 Resultado defuzzificado para la Variable Elementos Estructurales………135
Figura 3.36 Resultado defuzzificado para la Variable Elementos No Estructurales…..135
Figura 3.37 Resultado defuzzificado para la Variable Condición de Suelo………135
Figura 3.38 Resultado defuzzificado para la Variable Condición Preexistente………...135
Figura 3.39 Resultado defuzzificado para el nivel de habitabilidad………...135
Figura 4 Daño en Columna- Facultad de Ciencias Económicas………187
Figura 5 Daño en Vigas – Facultad de Ciencias Económicas………187
XVIII
Figura 7 Daño En Mampostería – Facultad de Ciencias Económicas………188
Figura 8 Daño en Escaleras – Facultad de Ciencias Económicas………188
Figura 9 Daño En Suelo – Facultad de Ciencias Económicas………..189
Figura 10 Condición Preexistente – Facultad de Ciencias Económicas……….189
Figura 11 Daño en columnas – Facultad de Arquitectura y Urbanismo………190
Figura 12 Daño en viga – Facultad de Arquitectura y Urbanismo………190
Figura 13 Daño en mampostería – Facultad de Arquitectura y Urbanismo………190
Figura 14 Daño en condición de lo suelos – Facultad de Arquitectura y Urbanismo…191 Figura 15 Condición Preexistente – Facultad de Arquitectura y Urbanismo………191
Figura 16 Reunión con el experto para tratar temas sobre daño estructurales……….192
Figura 17 Exposición de Proyectos de Investigación……….192
Figura 18 Base de Reglas Difusas utilizas en Matlab para evaluar los elementos que conforman el edificio………...193
XIX UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
APLICACIÓN DE REDES BAYESIANAS DIFUSAS COMO HERRAMIENTAS DE TOMA DE DECISIONES PARA MEDIR DAÑOS ESTRUCTURALES A
EDIFICIOS POST-SISMICOS DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
Autores: Danny Valentín Peralta Arévalo Eduardo Gregorio Seigua García
Tutor: Ing. Lorenzo Cevallos Torres M.Sc.
Resumen
El presente proyecto de investigación propone un modelo computacional de toma de decisiones bajo incertidumbre mediante el uso de Redes Bayesianas Difusas, permitiendo dar el soporte al criterio de expertos en base a la problemática planteada que define el estado estructural y habitabilidad de las edificaciones que se fundamentan en la evaluación de daños estructurales post-sísmicos, teniendo en consideración la necesidad que existe de disponer metodologías evaluativas debido a las grandes amenazas sísmicas ocurridas en los últimos años en el Ecuador, conforme a esto la Universidad de Guayaquil se ha visto inmersa a sufrir múltiples afectaciones estructurales entre ellas las edificaciones de Ciencias Económicas como de Arquitectura y Urbanismo, conforme a esta metodología se tomara en cuenta el modelo probabilístico de una Red Bayesiana y un Controlador Difuso mediante el uso de herramientas tecnológicas el cual brindara como resultante una óptima toma de decisiones preservando la integridad de la comunidad universitaria.
XX UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
APPLICATION OF BAYESIAN NETWORKS DIFFUSED AS DECISION-MAKING TOOLS TO MEASURE STRUCTURAL DAMAGE TO POST-SISMIC
BUILDINGS OF THE UNIVERSITY OF GUAYAQUIL
Authors: Danny Valentín Peralta Arévalo Eduardo Gregorio Seigua García
Advisor: Ing. Lorenzo Cevallos Torres M.Sc.
Abstract
The present research project proposes a computational model of decision making under uncertainty through the use of diffuse Bayesian networks, allowing the support of expert criteria based on the problematic raised that defines the structural state and habitability of the buildings that are based in the evaluation of post-seismic structural damage, taking into consideration the need that exists to have evaluative methodologies due to the great seismic threats that have occurred in the last years in Ecuador, according to this the University of Guayaquil has been immersed to suffer multiple structural affectations among them the buildings of Economic Sciences as of Architectures and Urbanism, according to this methodology the probabilistic model of a Bayesian Network and a Fuzzy Controller will be taken into account by means of the use of technological tools which will provide as a result an optimal decision making preserving the in tegrity of the university community.
1
INTRODUCCIÓN
La presencia de los eventos sísmico han provocado diversas devastaciones a los países que están ubicados en la zona de alta peligrosidad sísmica, ocasionando daños estructurales como fisuras, grietas y deslizamiento de tierra; pérdidas económicas como son las valoraciones de los costes de materiales de construcción e inclusive pérdidas humanas. Debido a esto, se ha visto la necesidad de llevar metodologías que permita realizar una correcta inspección detallada en edificios que han sufrido después de un desastre natural, con el fin de determinar si es seguro o no la infraestructura, para que puedan evacuar las personas, evitando así pérdidas humanas y bienes materiales en caso de existir una nueva réplica.
Se ha demostrado que no sólo es importante realizar el estudio de vulnerabilidad sísmica de los edificios, sino también es útil tener métodos para la evaluación rápida de los daños causados por sismo. Los procedimientos para la evaluación postsísmica normalmente se aplican por medio de dos niveles o etapas de desarrollo: la evaluación rápida (o de habitabilidad), que se basa en el nivel de riesgo o peligro que representa un edificio para la población, y la evaluación detallada, que describe el nivel de daño estructural y su clasificación (Carreño Tibaduiza et al, 2015).
2 inspectores emitiran un criterio rápido con respecto a la seguridad de los edificios y definiran los tipos de daños que sufrió dicha infraestructura , para asi reducir el número de víctimas y pérdidas de bienes materiales a causa de nueva réplica.
La evaluación detallada es un proceso que permite evaluar el grado del daño estructural que ha sufrido el edificio. Esta metodologia lleva un poco más de tiempo que la evaluacion rápida y esta diseñado por profesionales de alta experiencia para determinar una toma de decisión respecto a la necesidad de reforzar, reparar o demoler dicha infraestructura de acuerdo al nivel de daño q haya sufrido y a la zona de actividad sísmica que se encuentre.
Poniendo como ejemplo, el caso ocurrido en el Ecuador, el cual sufrió una gran catástrofe natural, el 16 de Abril del 2016, con una magnitud de 7.8 en escala de Richter, provocando decenas de muertes y colapsos de edificios. Posteriormente, se realizó las respectivas evaluaciones de daños y el grado de habitabilidad, puesto que la crisis sísmica puede no haber terminado. Según (Lorenzo-Cevallos LJ, 2017, pág. 113) menciona:
“Debido a estos continuos movimientos telúricos y deslizamiento de la placa tectónica, se indujo a un alto nivel de incertidumbre, seguido de un gran impacto social, ambiental, así como una desestabilización en la economía y finalmente pérdidas humanas, estos factores dependen de la intensidad del fenómeno natural”.
3 los elementos estructurales, observar los efectos locales que ha sufrido el suelo, para así poder estimar los posibles impactos económico-sociales, generando una toma de decisión por parte del Gobierno para realizar las respectivas adecuaciones e implementando a futuro un plan de riesgo.
El criterio experto es una modalidad de valoración que permite ser utilizada por especialistas de información, el cual, podrá realizar recogidas de información para determinar conocimientos sobre temas desconocidos o pocos estudiados, teniendo la posibilidad de obtener resultados del problema existente y así poder tomar la respectiva decisión. Se emplea el método Delphi para obtener un consenso de opiniones del criterio práctico de un grupo de personas para conseguir la posible aplicación de la propuesta determinada.
4
CAPITULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Como conocimiento general, el Ecuador es un país que está ubicado en la zona de alto riesgo sísmico. Particularmente la ciudad de Guayaquil no deja de tener movimientos telúricos periódicos y su peligro se debe principalmente a las condiciones del suelo o a las construcciones existente.
Debido a las amenazas sísmicas ocurridas en estos últimos años, se ha observado afectaciones hacia las estructuras de los edificios de la Universidad de Guayaquil (UG), presentando fisuras y grietas, tanto el suelo como las paredes, y esto representa un gran malestar a los docentes, estudiantes y personal administrativo que conforman en dicha institución superior.
Es por ello, que se debe realizar inspecciones detalladas a los daños estructurales y los efectos locales de los suelos, estimando así de manera aproximada el impacto económico y social frente a un evento sísmico.
Además de salvaguardar la estabilidad académica de los futuros profesionales de la Universidad de Guayaquil (UG), mediante la habitabilidad del edificio, se ha visto la necesidad de evaluar mediante técnicas de Inteligencia Artificial (I.A) como la lógica difusa y la redes bayesianas de los diferentes daños presentados.
UBICACIÓN DEL PROBLEMA EN UN CONTEXTO
5 cual puede afectar su estabilidad y poner en peligro la vida de sus ocupantes a futuro. Asimismo supervisar las anomalías del suelo, que puede perjudicar de forma causal a la infraestructura.
Además de dar una adecuada protección y consistencia académica a toda la comunidad universitaria, es necesario garantizar un personal experimentado y la implementación de un Plan de Riesgos para evitar perjuicios a dicha comunidad.
SITUACIÓN CONFLICTO NUDOS CRÍTICOS
En los últimos años, el Ecuador se ha visto afectado por movimientos telúricos demasiado fuertes, debido que está ubicado en una zona de alta peligrosidad sísmica, el cual, varios edificios de la ciudad de Guayaquil se ven afectados por daños estructurales presentando fisuras y grietas, especialmente en la facultades Ciencias Económicas, Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Guayaquil (U.G.), generando incertidumbre a estudiantes, docentes y personal administrativo que conforman dicha institución.
6
CAUSAS Y CONSECUENCIAS DEL PROBLEMA
Tabla 1
Causas y Consecuencias del Problema
CAUSAS
CONSECUENCIAS
Falta de consideración a la incidencia de tiempo de vida útil
de las edificaciones de la Universidad Guayaquil (UG) donde
expertos como ingenieros civiles dan a las edificaciones el cual es
un promedio de 50 años.
Edificaciones que a su vez pasan de los 100 años de vida útil y que
carecen de un mantenimiento adecuado que a su vez son un factor
vulnerable ante eventos sísmicos
Falta de información pertinente sobre el estado actual de las
edificaciones
Decisiones poco acertadas sobre los planes de contingencia ante
eventos sísmicos posibles.
Falta de una correcta evaluación de daños estructurales post-sísmicos en las edificaciones de la
Universidad de Guayaquil (UG)
Decisiones inadecuadas sobre el estado de habitabilidad que pongan en
posible riesgo la pérdida de vidas humanas y de recursos materiales. Nota: Factores de Incidencia del Estado Estructural en Edificaciones.
7
DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA
Tabla 2
Delimitación del Problema
CAMPO: CIENCIAS BÁSICAS, BIOCONOCIMIENTO Y
DESARROLLO INDUSTRIAL.
ÁREA: TECNOLOGÍA, PROCESOS Y DESARROLLO
INDUSTRIAL.
ASPECTO: INFORMÁTICO
TEMA:
APLICACIÓN DE REDES BAYESIANAS DIFUSAS COMO HERRAMIENTAS DE TOMA DE DECISIONES PARA MEDIR DAÑOS ESTRUCTURALES A EDIFICIOS
POST-SISMICO DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.
Nota: Aspectos Principales de Respuesta a la Problemática Planteada. Elaborado por: Presentación propia de autores
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
8
EVALUACIÓN DEL PROBLEMA
Delimitado: Este proyecto se basa en evaluar los daños estructurales de los edificios de la Universidad de Guayaquil (U.G), con el fin de determinar la habitabilidad de la infraestructura después de un desastre natural.
Claro: Realizar un estudio a los datos obtenidos de la investigación y dé como resultado los niveles de daños que puede presentar las infraestructuras de la Universidad de Guayaquil.
Evidente: La investigación será de gran apoyo para los expertos, debido a que, se evidenciara en la toma de decisiones con respecto a la habitabilidad del edificio de la Universidad de Guayaquil y así proteger tanto a las personas como los bienes materiales.
Relevante: Mostrará resultados en base a las mediciones de daños a edificios post-sísmico mediante la aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial (I.A), la cual, asigne una calificación a los elementos que conformen al edificio, dependiendo del daño observado, a través de, la lógica difusa (LD) y la redes bayesianas (RB).
Contextual: La investigación establecerá una relación en el área de las ciencias matemáticas e inteligencia artificial, que permita a las personas realizar un análisis completo y logre tomar una decisión acertada respecto al caso propuesto.
Factible: Con el resultado final de este proyecto muchos profesionales podrán tener un soporte de información explicita sobre evaluación de daños a edificaciones, lo cual será de gran ayuda para acertadas decisiones mediante el uso confiable de técnicas de Inteligencia Artificial (I.A) como lo son la Lógica Difusa (L.D) y las Redes Bayesianas (R.B.).
9 ambigua, la cual carece de una validación debido al inadecuado procesamiento de la misma. Mediante el uso confiable de técnicas de Inteligencia Artificial (I.A.) además del uso de un software de carácter de procesador de información como lo es ELVIRA y MATLAB, que brindará un resultado cualitativo de la información considerando los datos de entrada recopilados.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
OBJETIVO GENERAL
Implementar un modelo computacional de toma de decisiones bajo incertidumbre mediante el uso de la Redes Bayesianas (RB) y Lógica Difusa (LD) para permitir dar soporte al criterio de expertos respecto a los daños estructurales presentes en los edificios post-sísmicos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar información bibliográfica acerca de los daños estructurales de los edificios post-sísmico para determinar la posibilidad de aplicar las diferentes técnicas de inteligencia artificial (lógica difusa y redes bayesianas).
Determinar el nivel de habitabilidad de los edificios de la Universidad de Guayaquil (UG), según el criterio de expertos, para la respectiva toma de decisiones.
10
ALCANCE
Realizando un metaanálisis de todos los artículos tomados de la plataforma de Google Académico: Dialnet, Redalyc y Scielo entre otras, mediante el uso de los criterios de inclusión y exclusión en base a las palabras claves identificada referente al tema investigativo.
Proporcionando información técnica de los expertos en la rama de Ingeniería Estructural a través de entrevistas realizadas a los mismos los cuales fueron consolidadas mediante encuestas digitales elaboradas en la aplicación de Google Forms. Además de visitar los lugares, las cuales fueron objeto de estudio que permitieron la implementación del método Delphi buscando establecer la correcta toma de decisiones a través de un consenso entre expertos referente a la habitabilidad de los edificios de la Universidad De Guayaquil.
Aplicando herramientas informáticas como Elvira y Matlab.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
11 en la escala de Richter afectando varios puntos del país, principalmente la zona costera del mismo dejando cuantiosas pérdidas económicas y materiales como a la vez afectaciones estructurales dentro de la ciudad de Guayaquil afectando propiamente a las edificaciones de la Universidad de Guayaquil (UG).
El presente proyecto pretende medir el nivel de habitabilidad basado en la existencia de normas o escalas que determinan que tan segura es la estructura después de presenciado un movimiento telúrico considerable, según el nivel de impacto recibido, esto ayudará a la respectiva toma de decisiones en cuanto si es o no habitable una edificación propia de la institución superior.
Partiendo de la existencia de complejos patrones que buscan determinar daños estructurales en edificaciones que no son de mucha consideración para los expertos encargados de evaluar este tipo de situaciones, es de suma importancia disponer de una metodología confiable que considere la evaluación estructural luego de movimientos sísmicos con el fin de determinar con un mayor nivel de precisión el daño generado y a la vez ver el estado y funcionalidad que puedan presentar las estructuras ante nuevas posibles amenazas sísmicas.
METODOLOGÍA A EMPLEARSE
El presente proyecto se empleará bajo las metodologías de Lógica Difusa (LD) y Redes Bayesianas (R.B), las cuales son técnicas experimentales que se apoyan en la Inteligencia Artificial para la toma de decisiones bajo el criterio de considerar información imprecisa y ambigua, que dé como resultado datos confiables para los profesionales expertos encargados de evaluar el daño estructural en edificaciones y a la vez evalúen el estado de habitabilidad de una edificación afectada por eventos sísmicos.
12 Las Redes Bayesianas son una representación gráfica de dependencias para razonamiento probabilístico, en la cual los nodos representan variables aleatorias y los arcos representan relaciones de dependencia directa entre las variables (Sucar, 2002).
DISEÑO METODOLÓGICO
La respectiva metodología de estudio para este caso se basa en la adquisición y recopilación de conocimiento por medio de determinación: El estado de la estructura se somete a evaluación de acuerdo a características determinadas en campo por medio de una o varias visitas de inspección y diagnóstico tomando en cuenta datos históricos de diseño de construcción, operación y mantenimiento, además la consideración de información suministrada por personas ocupantes de la edificación y profesionales expertos que tengan un conocimiento exacto de infraestructura de las respectivas edificaciones, todo esto nos servirá como base fundamental para establecer el estado de la edificación luego de suscitarse un evento sísmico que compromete el deterioro y degradación de la estructura.
Para comenzar la respectiva evaluación de una estructura se requiere un conocimiento previo de las características generales a considerar de la estructura, estas características generales podemos agruparlas desde tres perspectivas diferentes:
Antecedentes Significativos: Datos referidos acorde a los aspectos de la obra estructural de cada edificación tales como año de construcción, condiciones geométricas, sistema estructural empleado, etc.
13
Criterio de Experto: Información referida al impacto del estado estructural de la edificación a través de evaluaciones visuales a los lugares los cuales fueron objeto de estudio.
.
Una vez conocidos los diferentes aspecto general de la estructura a evaluar es importante realizar una evaluación e identificación, en la cual se buscará determinar el nivel de daño general de la estructura además de las diferentes acciones que se llevaran a cabo, se requiere considerar y recopilar información de 4 diferentes ámbitos:
Evaluación de Elementos Estructurales: La siguiente evaluación requerida es necesaria para considerar el estado de los elementos estructurales de la edificación a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo el criterio del experto.
Evaluación de Elementos No Estructurales: La siguiente evaluación requerida es necesaria para considerar el estado de los elementos no estructurales de la edificación a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo el criterio del experto.
Evaluación de Condición de Suelo: La siguiente evaluación requerida es necesaria para considerar el estado del suelo presente en la edificación a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo criterio de experto.
14 Mediante la información recopilada en la evaluación e identificación procederemos a realiza un diagnóstico pertinente mediante Metodologías de análisis como Redes Bayesianas Difusas acorde a la información obtenida y observada, el respectivo diagnóstico es referidas en aspectos como:
Resultado de afectación post-diagnostico: En este ámbito se dará como resultado si la edificación sufre daños estructurales considerables acorde un nivel de impacto post-sísmico que a la vez permita tomar decisiones pertinentes, esto a su vez permitirá realizarnos una pregunta considerable como ¿Edificación óptima para habitabilidad?
Si tomamos como conclusión que NO es habitable la estructura se tomarán las medidas correcciones pertinentes expresadas en el presente proyecto, si la conclusión es afirmativa, es decir, se concluye que es habitable la edificación se procede a emitir el respectivo informe preliminar de esta estructura.
¿QUÉ BENEFICIOS OBTENDREMOS?
Los beneficios que obtendremos a través de la investigación serán los siguientes:
Recolectar información de manera segura sobre las mediciones de daños estructurales de los edificios por parte de profesionales de alta experiencia y tomar la respectiva toma de decisión de acuerdo a su nivel de habitabilidad.
15
16
CAPITULO II
En este capítulo se direcciona a la parte de investigación, que permite desarrollar los conceptos referentes al tema de “Aplicación de redes bayesianas difusas como herramienta de toma de decisiones para medir daños estructurales a edificios post-sísmico de la Universidad de Guayaquil”, donde se reunirá toda la información necesaria, tomada de anteriores estudios y fundamentar el contenido del mismo mediante el uso de artículos científicos extraídos de bases científicas como ScienceDirect, IEEE, Springer, Taylor & Francis, Redalyc, Scielo, Dialnet, entre otros.
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO
A nivel mundial la presencia de eventos sísmicos de gran magnitud conocidos también como terremotos ha provocado diversidades de devastaciones sobre todo en países ubicados en zonas de alta peligrosidad sísmica como lo es el Cinturón de Fuego del Pacifico o zonas en las cuales, tienden a formarse con regularidad las conocidas fallas geológicas lo cual ha contribuido a que sean proclives a sufrir movimientos telúricos constantemente. Los terremotos normalmente se producen por el deslizamiento de la corteza terrestre, es decir la capa más superficial de la parte rocosa de la tierra, debido a una falla que es una especie de cicatriz que se efectúa en zonas en donde esta capa tiene mayor índice de fragilidad (López Sanchez, 2015).
De acuerdo a (Bairán García & Moreno González, 2014) que mencionan la cita de (Elnashai & Di Sarno, 2008):
17 de dólares y representa un elevado porcentaje del presupuesto nacional de los países afectados”.
Teniendo en consideración la alta predisposición a eventos sísmicos en diferentes continentes, en los últimos años han acontecido diversidades de movimientos telúricos de considerables magnitudes como es el caso de Japón ubicado en el continente Asiático y sensible a continuos procesos de subducción entre placas tectónicas, a nivel de América del Norte tenemos a México, el cual posee sedimentos blandos que hacen susceptible a la nación a que sea sometida por el comportamiento abrupto de la naturaleza, a nivel de Sudamérica tenemos a Chile el mismo que registra una de las mayores tasas de actividad sísmica del mundo.
Como objeto geográfico de estudio podemos considerar a Ecuador, que por su ubicación de alto riesgo sísmico ha conllevado a que sea un país que sufra de eventuales sismos, siendo uno de los más relevantes el suscitado el 16 de Abril del 2016, alcanzando una magnitud de 7.8 en la escala de Richter teniendo como epicentro el cantón Pedernales con una profundidad de 19.2 km, afectando provincia como Guayas, Manabí, Esmeraldas, entre otros. Producto de este acontecimiento se vio afectada la ciudad de Guayaquil, dando como una de las devastaciones principales el colapso de uno de los pasos elevados ubicados en la Avenida de las Américas la misma que tenía 34 años de antigüedad, inaugurado durante la Alcaldía de Bolívar Cali Bajaña en 1982.
18 Según (El Telégrafo, 2017) “Las características del suelo de la urbe, donde la mayor parte es blanda por su cercanía al rio y esteros, constituyen un factor adicional que incrementa la vulnerabilidad de las edificaciones grandes de la ciudad”, esto ha provocado la incertidumbre y el temor tanto de estudiantes como de personal administrativo y docencia, los mismos que se efectúan preguntas como ¿Qué pasará si en algún momento vuelve a ocurrir otro sismo de igual o mayor magnitud? ¿Están preparadas las edificaciones de la Universidad de Guayaquil para soportar eventos sísmicos?
Se debe tener presente que la ocurrencia de estos eventos sísmicos no puede ser determinada, pero si se pueden realizar estudios que proporcionen acciones que ayuden a disminuir la vulnerabilidad de las edificaciones proporcionando menos probabilidades de que se genere un colapso estructural de mayor grado. Después de ocurrido un sismo de considerable magnitud es de primordial importancia concluir acerca de la seguridad o riesgo que posee una edificación, por lo que se crea la necesidad de evaluar el daño causado que permita estimar la capacidad sísmica residual y que a su vez ayude a identificar las acciones pertinentes a considerar para la respectiva toma de decisiones que tenga como beneficios el cuidado de vida de sus habitantes y el establecimiento de la vulnerabilidad de cada edificación.
En la actualidad existen construcciones negligentes en la cual no ha existido una correcta regulación y control de las mismas, sobre todo en las fases más importantes de la construcción como lo es su diseño y estructuración, por lo tanto no cumplen con las normas de diseño sismo resistente como lo menciona (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda, 2016), la misma que eleva el porcentaje de vulnerabilidad sísmica de la edificación y su mayor afectación.
19 En la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil se han realizado diferentes trabajos de titulación, relacionados con los daños estructurales post-sísmicos. Entre ellos, en el año 2017 se presentó el trabajo de titulación denominado “Evaluación de la estructura de daños de un edificio post-sísmico aplicando técnicas de Mapas Cognitivos difusos y Redes Neuronales de la Universidad de Guayaquil”, por medio del cual, se describe aspectos generales sobre daños estructurales post-sísmicos definiendo a su vez metodologías para la evaluación respectiva de los mismos.
Queda demostrada la importancia del uso de metodológicas confiables para la evaluación de daños post-sísmicos que permitan la toma respectiva de decisiones. Por lo tanto existe la necesidad de que se efectué un proceso preciso de identificación de daños causados que a su vez implica la participación de profesionales expertos en el área de Arquitectura con una amplia experiencia. Sin embargo, cuando ocurre un evento sísmico de considerable magnitud, los daños ocasionados pueden ser tan generalizados que se hace difícil evaluar la totalidad de daños (Carreño, Cardona, & Barbat, 2013).
20
MARCO TEÓRICO
Japón, país que está situado al Este del continente Asiático, soporta regularmente amenazas sísmicas de grandes magnitudes. En la investigación que planteó (Aguirre & Muria, 2016, pág. 4) explica como suscitó el terremoto de Japón en el año 2011:
“El 11 de Marzo del 2011 ocurrió un sismo de magnitud 9.0 en la escala de Richter frente a las costa del Pacifico en Tohoku. El sismo provocó un tsunami cuya altura alcanzó en algunos sitios los 40 metros”
El terremoto fue suscitado por un movimiento de falla de cabalgamiento cerca del área de subducción de la placa del Pacifico y la de Norteamericana. La placa del pacifico se mueve hacia la dirección Oeste con respecto a la placa Norteamericana, a una velocidad de 83 mm/año. El epicentro del terremoto se encuentra en una zona de ruptura bilateral, (NEIC - UGSG, 2011). Debido a esto, se realizó evaluaciones de niveles de habitabilidad a edificios no muy deteriorados, para salvaguardar personas, ante las réplicas que se suscitaron.
México, considerado como uno de los países ubicados en una zona de alta actividad sísmica la cual se destaca por albergar zonas de subducción más impactantes del mundo. Posee un margen considerable de subducción que se extiende a 1300 km de la costa del Océano Pacifico causados por la presencia de deslizamientos de la Placa de Cocos que está por debajo de la Placa Norteamericana, El 7 de Septiembre del 2017 se registró un movimiento telúrico de magnitud 8.2 grados en la escala de Richter, localizado en las costas marítimas aproximadamente a 133 kilómetros al suroeste de Tijijiapa, Chiapas, a 58 kilómetros de profundidad, el tiempo que tardó en sentirse desde el epicentro hasta la Ciudad de México fue de 135 segundos, explicó (Pérez, 2017).
21 ocurre un terremoto de 7.1 grados de magnitud en la escala de Richter, su epicentro estuvo localizado a 12 kilómetros de Axochiapan, Morelos. Causante de este acontecimiento fue la existencia de un desprendimiento intraplaca, es decir que se suscitó una caída de parte de la placa de Cocos que fue causante del evento telúrico.
Chile, considerado como uno de los países más proclives a sufrir movimientos sísmicos de gran magnitud conocido como terremotos, registra una de las mayores tasas de actividad sísmica del mundo debido a su ubicación referenciada justo al límite de la placa tectónica de Nazca y Sudamericana que a su vez realizan un proceso de subducción entre las mismas, esta fricción constante entre ambas placas convierte a la región como uno de los países con mayor liderazgo de terremotos ocurridos en tiempos modernos.
Debido a las condiciones geográficas y geológicas del país uno de los mayores eventos sismológicos registrados fue el 27 de febrero del 2010, afectando la zona centro sur del país, teniendo una magnitud de 8.8 en escala de Richter. A pesar de la considerable magnitud de este sismo, los daños no fueron proporcionales a su intensidad, originándose muchas hipótesis que entre ellas expresan que la densidad poblacional de este país es muy baja además de que las normativas de construcción son muy estrictas o que por la frecuencia de los terremotos hacen que los eventos naturales sean los mejores fiscalizadores ante la posible presencia de edificaciones mal construidas (Páez, Zabala , & Rodriguez, 2017).
22 movimiento de fallo de poca profundidad cerca del límite entre las placas tectónicas de Nazca y Pacifico.
Según (Paez Cornejo, 2017, pág. 71) indica la vulnerabilidad con respecto a las viviendas situadas en la zona costera:
“Las viviendas construidas en la zona costera del Ecuador, regularmente presenta una configuracion estructural muy vulnerable, ya que a consecuencia de las altas temperaturas, mayormente los primeros niveles presentan alturas diferentes a los otros pisos; lo que hace a la vivienda mas flexible y menos estable; sumado a las construcciones en el país para este tipo de edificaciones es de carácter artesanal , por lo que se ejecutan sin o poco control de calidad, con una inspección no muy responsable que permita garantizar un desempeño estructural adecuado a las viviendas”.
Además, el evento telúrico no solo afectó a la provincia de Manabí, entre otras localidades aledañas, también perjudicó a la ciudad de Guayaquil provocando daños estructurales a 243 edificios que pertenecen a dicha ciudad, además el colapso total de un paso elevado que está situado en la avenida de las Américas ocasionado una muerte.
También en las edificaciones de la Universidad de Guayaquil (U.G.), se vio afectada por este sismo de gran magnitud, el cual surgió la necesidad de implementar acciones urgentes acatando los daños menos ocasionados. La Universidad de Guayaquil (U.G.) tuvo puntos débiles en cuanto a daños, originando fisuras y grietas en la Facultad de Ciencias Económicas, Arquitectura y Urbanismo, Odontología y el Edificio Administrativo Central.
23 Los estudiantes pueden evacuar hacia la plaza central, en caso de existir un sismo de gran magnitud. Los edificios mencionados se les realizan evaluaciones de forma periódica para realizar correcciones e implementar medidas de seguridad para evitar el deterioro de la infraestructura y no corran riesgo la comunidad estudiantil de dicha institución. Además, se ha visto la necesidad de implementar planes de riesgo coordinando con el DIPA (Dirección de Investigación y Proyectos Académicos) para elaborar los estudios de riesgos por edificio.
Teniendo conocimiento de lo manifestado anteriormente, surge la necesidad de implementar metodologías confiables como Lógica Difusa y Redes Bayesianas basadas en técnicas experimentales que se apoyan en la Inteligencia Artificial que permitan medir los niveles de habitabilidad y estado de una edificación mediante la evaluación de daños estructurales post-sísmicas previniendo el colapso de estructuras que a su vez generen pérdidas humanas como materiales.
24 Según (Cancino, Claudia, 2014) expresa lo siguiente en cuanto a la Inteligencia Artificial:
“La Inteligencia Artificial, tiene como objetivo el estudio de la conducta humana, mediante el análisis del comportamiento inteligente del ser humano”, debido a esto podemos destacar que la Inteligencia Artificial se desarrolla en un área variante, ya que su enfoque está orientado a los procesos de instrucción en base a la experiencia el cual tiene como finalidad la recepción y asociación de información.
Debido a la existencia de metodologías no muy adecuadas que han significado riesgos considerables, además de resaltar que es muy común que ante estas situaciones expertos tomen conclusiones erróneas debido a la incertidumbre que existe en la toma de decisión como efecto de la ocurrencia de un hecho o un fenómeno, es necesario que se dependa de una metodología confiable que permita la correcta evaluación de daños estructurales post-sísmicos y dé como resultado una adecuada toma de decisiones.
Es indispensable que se presente este tipo de situaciones, debido que al considerar la estimación del índice de daño que son ejecutados por los expertos en el área, sin embargo muchas veces desconocen o tienen poca experiencia en el ámbito pertinente o a su vez desconozcan las acciones a considerar al evaluar una edificación que tenga daños por una actividad sísmica, es común que no se haga una correcta estimación de daños propias del edificio propias reflejadas en elementos estructurales y no estructurales dando como resultado la toma de decisiones equivocadas como el estado de la edificación y su acorde habitabilidad.
25 Estas interdependencias se pueden calificar con expresiones lingüísticas y no numéricas, por lo cual existe la necesidad de implementar herramientas basadas en las técnicas de Inteligencia Artificial, que permitan el análisis de acontecimientos o eventos en donde se describa la realdad en términos cualitativos.
Diseño Metodológico
26 Figura 2.2.- Esquema Metodológico en el Proceso Investigativo
27 En el diagrama visualizamos el proceso metodológico correspondiente previsto para llevar a cabo el estudio previsto de los daños estructurales en edificios post-sísmicos, todo esto nos servirá como base fundamental para establecer el estado de la edificación luego de suscitarse un evento sísmico que compromete el deterioro y degradación de la estructura. A continuación, se explicará el proceso metodológico desarrollado:
Para comenzar la respectiva evaluación de una estructura se requiere un conocimiento previo de las “características generales a considerar” de la estructura, estas características podemos agruparlas desde tres perspectivas diferentes:
Antecedentes Significativos: Datos referidos acorde a los aspectos de la obra estructural de cada edificación tales como año de construcción, condiciones geométricas, sistema estructural empleado, etc.
Registros Previos: Información acorde a bitácoras de construcción, documento de modificaciones estructurales, memorias de cálculo y recopilación de documentación que albergue las especificaciones y procedimientos de construcción.
Criterio de Experto: Información referida al impacto del estado estructural de la edificación a través de evaluaciones visuales a los lugares los cuales fueron objeto de estudio.
Una vez conocidos los diferentes aspecto general de la estructura a evaluar, es importante realizar una evaluación e identificación, en la cual se buscará determinar el nivel de daño general de la estructura además de las diferentes acciones que se llevaran a cabo, se requiere considerar y recopilar información de 4 diferentes ámbitos:
28
Evaluación de Elementos No Estructurales: La siguiente evaluación requerida es necesaria para considerar el estado de los elementos no estructurales de la edificación a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo el criterio del experto.
Evaluación de Condición de Suelo: La siguiente evaluación requerida es necesaria para considerar el estado del suelo presente en la edificación a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo criterio de experto.
Evaluación de Condición Preexistente: La siguiente evaluación es requerida es necesaria para considerar el diseño estructural y calidad de los materiales presentes en las edificaciones a través de inspecciones visuales y ponderaciones de daños fundamentadas bajo el criterio del experto.
Mediante la información recopilada en la evaluación e identificación procederemos a realiza un diagnostico pertinente mediante Metodologías de análisis como Redes Bayesianas Difusas acorde a la información obtenida y observada, el respectivo diagnóstico es referidas en aspectos como:
Resultado de afectación post-diagnostico: En este ámbito se dará como resultado si la edificación sufre daños estructurales considerables acorde a un nivel de impacto post-sísmico que a la vez permita tomar decisiones pertinentes, esto a su vez permitirá realizarnos una pregunta considerable como ¿Edificación óptima para habitabilidad?
29
Metodologías Tradicionales
La mayoría de métodos están definidos de acuerdo a la información recopilada y disponible de las edificaciones, dando como resultado el estado estructural de los edificios. En el presente trabajo se puede establecer la clasificación metodológica de evaluación de daños estructurales post-sísmicos realizada por (Calvi, Pinho, & Magenes, 2006) el en cual se destaca dos metodologías conocidas y usadas como determinantes para la evaluación estructural post-sísmica como lo son: Métodos Empíricos y Analíticos.
Métodos Empíricos
Según (Gonzáles Suarez, 2013) establece que:
“El conocimiento empírico se caracteriza principalmente por un enfoque que se basa en la experiencia y que responde directamente a una u otra demanda social, a una u otra necesidad práctica”. Por ende se ha dispuesto de este conocimiento para el uso mediante una metodología confiable de evaluación.
Los métodos empíricos, son metodologías basadas en una experiencia previa que analiza el comportamiento de diversos tipos de edificaciones en el momento de suscitarse un sismo, dando como resultado la identificación de daño estructural y su respectiva vulnerabilidad. Generalmente se usan cuando se tiene escasa información y exista la necesidad de dar evaluaciones preliminares.
Según la investigación realizada por (Aragon Cardenas, 2013) establece los siguientes métodos empíricos para la evaluación de afectaciones estructurales como:
Matrices De Probabilidad De Daño
30 relación entre el tipo de estructura y el daño observado, para esto se debe tener previamente una recopilación de información estadística de los diversos daños ocasionados en sitios de condiciones iguales.
Índices De Vulnerabilidad
Este método se lleva a cabo, a través de una recopilación de información sobre daños sísmicos de una edificación, se centra en elementos estructurales y no estructurales, después de haber identificado las afectaciones, se identifica el correspondiente estado del edificio a través de niveles de daño que previamente ha sido definidos por profesionales expertos en el área que se compone de parámetros estructurales y cálculos simplificados.
Métodos De Filtrado
Esta metodología busca plantear diversos niveles de evaluación, dependiendo de la información que se necesitará para la debida calificación de la estructura y del daño en las edificaciones, este proceso se realiza con la necesidad de identificar los edificios más susceptibles a recibir un daño impactante ante futuros sismos que pueden presentarse y que causen un riesgo para sus habitantes. La implementación de esta metodología empírica, es fundamental al momento de dar prioridad a los edificios que se someterán a procesos de reparación o reconstrucción, sin embargo el uso de este método a gran escala se lo debe considerar previamente debido al costo y lentitud de su implementación a pesar de que los resultados son de mayor exactitud y precisión en comparación de otros métodos significativos.
Métodos Analíticos
Según (Ruiz, 2013) establece que:
31 observar las causas, la naturaleza y los efectos. Permitiéndonos conocer más detalles del objeto de estudio”.
Los métodos analíticos incorporan específicamente algoritmos de evaluación de vulnerabilidad y daños estructurales con un significado real, que permitan realizar estudios con mayor exactitud y ponderaciones de las características del evento sismológico y de las edificaciones.
De igual manera, la investigación realizada por (Aragon Cardenas, 2013) existen diversidades de métodos que implementan este principio que a continuación se mencionaran:
Curvas y Matrices de daño obtenidas analíticamente
Son curvas acompañadas de matrices que son resultado de diferentes análisis computacionales que buscan solventar desventajas de los métodos empíricos, para este proceso se debe escoger los parámetros que caracterizan al sismo, el cual se someterá por un modelo computacional. Seguido de este proceso se debe especificar los niveles de daño y diversos criterios de identificación, el cual servirá para que en el proceso final se realice un análisis de obtención de datos estadísticos que sirvan para el desarrollo de las curvas de vulnerabilidad o las respectivas matrices de probabilidad de daño.
Métodos basados en espectros de capacidad
32
Métodos basados en desplazamientos
Este método considera un análisis total de la estructura, a través del uso de desplazamientos de los entrepisos como factor fundamental de daño y la representación espectral de un movimiento telúrico. Esta metodología se manejan por medio de estructuras de múltiples grados de libertad que son considerados sistemas de un solo grado y analizan diversos perfiles de desplazamiento de asociado al mecanismo de falla junto con un estado límite de daño mediante el uso de propiedades geométricas y mecánicas de estructuras para un tipo de edificio en específico.
Métodos basados en mecanismos de colapso
33
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Sismo
Según (Valdes Gonzalez, 2014, pág. 2) nos indica que es un sismo:
“Es un fenómeno que se produce por un rompimiento repentino en la cubierta rígida del planeta llamada corteza terrestre. Como consecuencia se producen vibración que se propagan en todas las direcciones que percibe como una sacudida o un balanceo con duración e intensidad variables”.
Generalmente, los países que están ubicados en la zona de actividad sísmica, corren riesgo de sufrir catástrofes debido al movimiento de las placas tectónicas como la Norteamericana, Nazca, Cocos, Rivera y del Pacifico.
Además los sismos, según (Gutierrez Martinez et al, 2014, pág. 12), denota la siguiente clasificación:
Sismos tectónicos: Se generan por interacción de placas tectónicas. De estos sismos se han definido dos clases: la interplaca, ocasionados por fricción en las zonas de contacto entre las placas ya descrita y los intraplaca que se generan en la parte interna de las placas, aún en zonas donde se ha llegado a suponer un nivel nulo de sismicidad.
Sismos Volcánicos: Estos son simultáneos a erupciones volcánicas, principalmente los que ocasionan el fracturamiento de rocas debido al movimiento del magma. Aunque puede haber decenas de ellos en un día, no llegan hacer tan grandes como los anteriores.
34
Sismos Artificiales: Son producidos por el hombre por medio de explosivos comunes y nucleares, con fines de exploración, investigación y explotación de banco del material para la industria.
Placa tectónica
La placa tectónica, es una teoría de escala del globo terrestre que constituye el núcleo de la tierra como sistema abierto. El flujo térmico y la gravedad son los motores del movimiento de la placa litosferica. Además, este movimiento es el responsable de la desfiguración de rocas, especialmente en los bordes de placa. (Gutierrez - Alonso et al, 2014).
Otro estudio realizado por (Carrillo Julian et al, 2013, pág. 91) indica sobre la dispersión de energía por causa del movimiento de la placa tectónica:
“Esta liberación presenta como una ruptura en los contactos de la placa causando vibración en la corteza terrestre. Un sismo genera un gran exceso de energía en el suelo y genera movimiento que se transmiten en estructuras en términos de aceleraciones, desplazamientos y velocidades”.
Para (Lopez - Ruiz & Cebria, 2015, pág. 12) explica cómo se relaciona el movimiento de la placa tectónica con el vulcanismo:
“Los volcanes se generan en tres ambientes geodinámicas: a) en el margen de las placas divergentes (dorsales centro-oceánicas), b) en el margen de placa convergente (arcos-islas y márgenes continentales activos) y c) zona de intraplaca tanto oceánica como continental”. Entonces, en el interior de las placas existe un volcanismo composicional y volumétricamente variable que distribuye de forma dispersa y aparentemente aleatoria, que contrasta la linealidad y continuidad que localiza en los bordes de la placa.
35
Placa Oceánica: Se sitúan en la corteza oceánica y están sumergidas en toda su extensión, salvo por la asistencia de actividades volcánicas intraplaca.
Placa Mixta: Se sitúan en la corteza continental y oceánica. Para que dicha placa sea netamente continental tendría que carecer de los bordes divergentes.
Placa Continental: Son formados por la litósfera continental, debida que la Tierra obtenga un acrecentamiento de agua que continente.
Zona de subducción
Es un proceso que forma parte de la corteza oceánica, originando un descenso del borde de la placa litósfera hacia la atenosfera, de manera que pasa bajo el borde la placa adyacente y a lo largo de la placa activa.
La zona de subducción (Schmidt-Díaz, 2014, pág. 10) expresa con respecto a la división en varios segmentos de 100-300 Km de longitud, cada uno con diferentes rumbos e inclinaciones y geometría de zona de Benioff, debido a las diferente edades de corteza oceánica.
Los eventos sísmico se direccionan en diferentes profundidades sobre la zona de Benioff, cuyo plano indica la fricción que puede provocar una placa tectónica y deslizando a otra placa.
