El diseño y preparación de planes de
contingencia en espacios urbanos de uso público
ante eventos sísmicos
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Prof. Pedro J. Rivero RiveroEscuela de Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería, Universidad de Los Andes
II FORO NACIONAL DE GESTIÓN AMBIENTAL URBANA (II GAU) “La gestión de riesgos ambientales en la ciudad venezolana”
Centro Interamericano de Desarrollo e Investigación Ambiental y Territorial (CIDIAT)
Sistema de reducción de pérdidas
¿Cuales con las pérdidas económicas anticipadas
Sitio
¿Cuál es la probabilidad de daños en este sitio para un tipo de estructura dada?
estructura
¿Cómo responderá una estructura ante un terremoto?
¿Cómo se reduciría la probabilidad de daños con la rehabilitación? ¿Cómo fallará el
terreno?
Ciencia
Tecnología Sistema
Marco general del PROBLEMA sísmico
Fuente sísmica
¿Cuál es la probabilidad de ocurrencia para un terremoto con una magnitud específica?
Propagación de las ondas
¿Cómo se atenuarán las ondas sísmicas con la
distancia?
económicas anticipadas en el sistema? ¿Cómo amplificará el
sitio el movimiento sísmico en la base?
Sitio
RIESGO = AMENAZA * VULNERABILIDAD
Probabilidad de que ocurra un fenómeno natu ral o inducido por
el hombre que puede ocasionar daños a
una localidad o territorio
Conjunto de condiciones ambientales,
sociales, económicas, políticas y educativas que hacen que una comunidad, centro po blad o o ciudad esté mas o menos expuesta
a un desastre.
A M E N A Z A V U L N E R A B IL ID A D A M E N A Z A V U L N E R A B IL ID A D
La primera etapa – AMENAZA sísmica
RIESGO
Probabilidad de que el desastre o curra ocasionando pérdidas materiales, económicas, humanas y/o ambientales como consecuencia de la
combinación de las amenazas y las vulnerabilidades
RIESGO
L
a
A
M
E
N
A
Z
A
e
xi
st
e
Placa del Caribe
Falla Oca-Ancón
Falla San Sebastián Falla de El Pilar
Amenaza de origen tectónico
L
a
A
M
E
N
A
Z
A
e
xi
st
e
Placa
Suramericana
Operador del Sitio
Propiedades dinámicas del suelo
ROCA
SUPERFICIE
H
De la zonificación a la microzonificación sísmica
Operador de la Trayectoria
ROCA
Punto de origen del sismo
Propagación de ondas
Registro historia tiempo de aceleraciones de la señal sísmica
En los estudios de amenaza sísmica, tendentes a la obtención de espectros de diseño, los valores de aceleración máxima del suelo son a nivel de basamento rocoso.
La masa puede ser asumida como el equivalente del peso del edificio al nivel del terreno. La aceleración (o la tasa de cambio en la velocidad en que las ondas sísmicas mueven el edificio), determina el porcentaje del peso del edificio que se verá aplicado como una fuerza horizontal.
Fuerza generada por un terremoto
En ingeniería sísmica, este porcentaje se le llama coeficiente sísmico, y es
Historia de aceleraciones
W C
V g M g S Sa M
Vo = = a ⇒ o = sísmico
sísmico, y es función de la zonificación sísmica, tipo de suelo, la
importancia del edificio y el tipo de sistema estructural empleado.
F
U
E
R
Z
A
L
A
T
E
R
A
L
V
ESTADO LÍMITE
OPERATIVIDAD
NIVELES DE DESEMPEÑO ESTRUCTURAL
… los niveles de DESEMPEÑO Estructural
SEAOC (1995), VISION 2000
COLAPSO
DESPLAZAMIENTO LATERAL, ∆∆∆∆
ESTADO LÍMITE DE
SEGURIDAD ESTRUCTURAL
ESTADO LÍMITE DE
4
δ
3
δ
5
δ
Capítulo 10 : Control de los desplazamientos
2
δ
1
Dos enfoques de diseño estructural
Mapa de rótulas (daños) distribuido
Rótulas
Grandes desplazamientos
Pequeños desplazamientos
Mapa de rótulas (daños)
Columnas Fuertes
Vigas débiles
Columna débiles
Vigas Fuertes distribuido
en todos los pisos
(daños) concentrado en un solo piso.
La selección de los métodos de análisis depende de la regularidad de la edificación y de su altura.
PARA EDIFICIOS REGULARES
ALTURA DE LA EDIFICACIÓN
No excede 10 pisos ni 30 metros
Excede 10 pisos ó 30 metros
ANÁLISIS ESTÁTICO
ANÁLISIS DINÁMICO PLANO REQUERIMIENTO MÍNIMO
Irregularidad Vertical
A1: Entrepiso blando.
A2. Entrepiso débil.
A3. Distribución irregular de masas de uno de los pisos contiguos.
A4. Aumento de las masas con la elevación.
A5. Variaciones en la geometría del sistema estructural.
Métodos de análisis sísmicos
PARA EDIFICIOS IRREGULARES
TIPO DE IRREGULARIDAD REQUERIMIENTO MÍNIMO
Vertical A1 ; A2 ; A4 ; A7 ; A8
A3 ; A5 ; A6
B1 ; B2 ; B3
B4
ANÁLISIS DINÁMICO ESPACIAL
ANÁLISIS DINÁMICO PLANO
ANÁLISIS DINÁMICO ESPACIAL
ANÁLISIS DINÁMICO ESPACIAL CON DIAFRAGMA FLEXIBLE En Planta
sistema estructural.
A6. Esbeltez excesiva.
A7. Discontinuidad en el plano del sistema resistente a cargas laterales.
A8. Falta de conexión entre miembros verticales.
A9. Columna corta.
Irregularidades en Planta
B1. Gran excentricidad.
B2. Riesgo torsional elevado.
B3. Sistema no ortogonal.
Edificio esbelto
Planta muy extensa
Cuando la planta es muy grande, aunque sea simétrica, el edificio no responderá como una unidad.
Asimetrías e irregularidades
Edificio demasiado largo
Piso débil o blando Discontinuidad de muros hacia el piso inferior
Asimetrías e irregularidades
Piso inusualmente esbelto
Como responderá una estructura ante un terremoto?
...
y c
on
ti
n
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a aq
u
í
La torsión es una de las principales causantes de daños por los sismos en las edificaciones y se
deben, generalmente, al desequilibrio en la distribución de rigideces en la edificación.
Efectos torsionales
La EXCENTRICIDAD es la distancia entre el centro de rigidez y el centro de masa
CENTRO DE RIGIDEZ: es el centro geométrico de las rigideces relativas de todos los componentes que resisten
fuerzas horizontales. Es aquel punto del nivel donde al aplicar una fuerza horizontal, el nivel se traslada sin
rotar respecto al nivel inferior.
CENTRO DE MASAS: punto hipotético de un nivel, en donde se supone que actúa la resultante
CR
CM
BY X
Y
eY
Efectos torsionales
eX
BX
Planta bi-asimétrica
Los efectos torsionales sobre las edificaciones dependen fundamentalmente de las distribuciones de masa y de rigidez en sus plantas o entrepisos. Las estructuras pueden clasificarse en simétricas, cuando coinciden las posiciones de los centros de masa (C.M.) y de rigidez (C.R.) de las plantas, y asimétricas
¿Porque gira un edificio?
Ambos se mueven (adelante y atrás)
cuando son impulsados por fuerzas que actúan horizontalmente. El horizontalmente. El
columpio está sostenido desde arriba y el edificio está empotrado en el
terreno.
GIRO
El terremoto de Managua, 1972
Vista del Banco Central (izquierda) y el Banco de América situados en el centro de Managua, Nicaragua
Las 12 plantas superiores, tuvieron que ser
demolidas
Apenas sufrió daños que pudieron ser
reparados
Colapso del edificio Miramar, en Cumaná, a unos 75 km de distancia del epicentro.
El terremoto de Cariaco, 1997
Obsérvese el centro de rotación (núcleo de escaleras esquinero). Edificio flexible en suelo blando.
1
El edificio y su estructura deben
ser lo más liviano posible
2
Edificaciones suficientemente
rígidas y con suficiente ductilidad
3
Edificaciones más sencillas y simétricas, tanto
en planta como en altura
La reducción de la vulnerabilidad - Tres principios básicos
F = M x A
Las fuerzas de inercia, que originan las solicitaciones
sísmicas son mas elevadas mientras más
masa tiene el edificio
Las normas
sismorresistentes reflejan en el valor permitido de la DERIVA de un edificio, toda su nueva filosofía, que es la de lograr edificaciones cada
vez más rígidas.
Cuanto más sencillas, simétricas y rectilíneas sean las soluciones, mayor será también el grado de confiabilidad de las
estructuras cuando sean castigadas por movimientos
sísmicos.
Una configuración estructural adecuada y buena
disposición de la tabiquería
Selección adecuada del modelo matemático y del procedimiento de
análisis
Sistema de fundaciones que garantice una transmisión eficaz de las
solicitaciones al terreno y estabilidad general
Reducción de la vulnerabilidad sísmica
Cualidades de un buen diseño sismorresistente
tabiquería
Dimensionamiento y detallado que suministre suficiente
capacidad de absorción y disipación
de energía Materiales de primera
calidad, ejecución satisfactoria, inspección
Componentes de la vulnerabilidad sísmica
VULNERABILIDAD FÍSICA VULNERABILIDAD FUNCIONAL
VULNERABILIDAD SÍSMICA
Vulnerabilidad Sísmica: Grado de susceptibilidad de una o un grupo de edificaciones a sufrir daños parciales o totales, por la ocurrencia de movimientos sísmicos de una intensidad y magnitud dadas, en un período de tiempo y en un sitio determinado
Vulnerabilidad Estructural
28.abril.1894
03.febrero.1610
16.enero.1674
Sismicidad histórica del Occidente venezolano
1786 26.marzo.1812
h a st a a h o ra … ¿ a fo rt u n a d o s?
122 años sin tener que preocuparnos por un terremoto..!!
1610
2016
(406 años)1674
1894
1812
2016
(342 años)2016
(204 años)2016
(122 años)h a st a a h o ra … ¿ a fo rt u n a d o s?
Crecimiento de la población,
Crecimiento de construcciones en sitios peligrosos,
Crecimiento acelerado y desordenado de las ciudades,
La valoración de la AMENAZA SÍSMICA F re c u e n c ia a n u a l d e e x c e d e n c ia 0.05 0.1 0.5 1 2
Niveles de aceleración máxima en roca (g)
Frecuencia
del evento 50% 84%
Frecuente 0.102 0.154
Ocasional 0.123 0.192
Raro 0.238 0.371
Muy Raro 0.293 0.456 Mérida F re c u e n c ia a n u a l d e e x c e d e n c ia 0.05 0.1 0.5 1 2
Niveles de aceleración máxima en roca (g)
Frecuencia
del evento 50% 84%
Frecuente 0.102 0.154
Ocasional 0.123 0.192
Raro 0.238 0.371
Muy Raro 0.293 0.456 Mérida
Amáx (en roca)
CURVA DE AMENAZA SISMICA
10% de probabilidad de excedencia en 50 años
Aceleración (g) F re c u e n c ia a n u a l d e e x c e d e n c ia
0.01 0.05 0.1 0.5 1
0.001 0.005 0.01 0.05 Percentil 50 Percentil 84 Aceleración (g) F re c u e n c ia a n u a l d e e x c e d e n c ia
0.01 0.05 0.1 0.5 1
T a s a a n u a l d e e x c e d e n c ia l o d o d e R e to rn o ( a ñ o s ) 0.1 1,000 1 10,000 5 50,000
PR (6.5Ms) = 131 años PR (7.0Ms) = 263 años
PR (8.0Ms) = 15022 años
PR (7.3Ms) = 410 años
T a s a a n u a l d e e x c e d e n c ia l o d o d e R e to rn o ( a ñ o s ) 0.1 1,000 1 10,000 5 50,000
PR (6.5Ms) = 131 años PR (7.0Ms) = 263 años
PR (8.0Ms) = 15022 años
PR (7.3Ms) = 410 años
Tiempo (seg) A c e le ra c ió n ( g )
0 4 8 12 16 20
-0.45 -0.3 -0.15 0 0.15 0.3 0.45 A c e le ra c ió n ( g ) 0,05 0,1 0,15
La valoración de la AMENAZA SÍSMICA
T a s a a n u a l d e P e rí o d o d e R e to rn o ( a
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
0.0001 1
0.001 10
0.01 100
PR (6.5Ms) = 131 años
Mmáx probable = 7.3Ms Mmáx posible = 8.0Ms
7.3 8.6 5.9 5.1 Magnitud Ms Magnitud mb T a s a a n u a l d e P e rí o d o d e R e to rn o ( a
4 4.5 5 5.5 6 6.5 7
0.0001 1
0.001 10
0.01 100
PR (6.5Ms) = 131 años
Mmáx probable = 7.3Ms Mmáx posible = 8.0Ms
7.3 8.6 5.9 5.1 Magnitud Ms Magnitud mb Tiempo (seg) A c e le ra c ió n ( g )
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0,15 -0,1 -0,05 0 Tiempo (seg) A c e le ra c ió n ( g )
0 4 8 12 16 20
Registro de aceleración en la superficie
E
l
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el
o
u
n
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im
en
si
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al
Análisis de respuesta local del terreno
Registro de aceleración en la base
47375, Gilroy, Coyote Lake 1979
E
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en
si
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A m p li fi c a c ió n E s p e c tr a l 4 5 6 7
Espectros de aceleración normalizados para perfiles AA y BB
Análisis de respuesta local del terreno
Período (segundos) A m p li fi c a c ió n E s p e c tr a l
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
E
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–
M
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Mapa de isoperíodos de la ciudad de Mérida
E
je
E
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d
El 29 de julio de 1967, un terremoto de magnitud 6.6 en la escala de Richter destruyó algunas zonas de Caracas, especialmente Los Palos Grandes y Altamira. Su epicentro se localizó en el mar Caribe, a unos 70 km de las costas. Caraballeda sufre serios daños y, a través de la llamada Falla de Humboldt, sus ondas afectan el Este de la ciudad, dejando un balance de 236 muertos, 2.000 heridos y daños materiales estimados en 450 millones de bolívares.
Terremoto de Caracas, Venezuela, 1967.
Efectos de la CONDICIÓN LOCAL del suelo
E
fe
ct
os
L
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al
es
Efectos de la CONDICIÓN LOCAL del suelo
Terremoto de Caracas, Venezuela, 1967.
Colapso del Edificio San José, Los Palos Grandes
E
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oc
al
es
Efectos de la CONDICIÓN LOCAL del suelo
Terremoto de Caracas, Venezuela, 1967.
La intensidad del daño depende del espesor del depósito de suelo
Nuestras VULNERABILIDADES
Nuestras VULNERABILIDADES
El riesgo es enorme, especialmente, en zonas de barrios
¿Qué vamos a hacer al
Reducir vulnerabilidades
Conocer y valorar nuestras amenazas
Preparar un plan de emergencias
Actuar en forma
¿Podemos hacer algo ante los desastres socionaturales?
a hacer al
respecto? de emergencias
Capacitarnos y prevenir
Actuar en forma ética y responsable
Respetar y cuidar la naturaleza
Las municipalidades – actores claves en la gestión de riesgos
Revisión técnica exhaustiva de los proyectos presentados a nivel de las
municipalidades, que verifique el cumplimiento riguroso de los aspectos estructurales y sismorresistentes incorporados en el análisis y diseño.
Inspecciones de obras estrictas y adelantadas por personal técnico calificado.
No autorizar cambios de uso ni ampliaciones a edificaciones sin un proyecto
ingenieril que sustente su adecuación al cumplimiento de las normativas aplicables.
Control para impedir la construcción sin los debidos permisos, particularmente, en
Control para impedir la construcción sin los debidos permisos, particularmente, en
lugares vulnerables.
Promover la construcción de nuevos edificios que guarden simetría estructural y
geométrica.
Promover el estudio de vulnerabilidad y eventual reforzamiento de edificios esenciales
en la ciudad.
Sanciones a aquellos que incumplen las normas y reglamentos.
Gestión
… una aproximación al riesgo sísmico de la ciudad de Mérida
FUNDAPRIS
http://celeste.ciens.ula.ve/FUNDA/HTML/Vulne.htm
Developing seismic risk maps for Merida state, Venezuela (2012)
“This map depicts building damages and estimated building inspection needs. Buildings marked as yellow or “extensive” require greater inspection time. Slight/moderate damaged buildings can be indentified for re-entry much faster due to their level of damage, and completely damaged buildings are quickly identified for no reentry. Extensively damaged buildings need further inspection to verify their safety”.
Bendito, Rozelle & Bausch, 15WCEE, Lisboa 2012
Developing seismic risk maps for Merida state, Venezuela (2012)
“A event at 2 am would result in more injuries and deaths. This time represents when the residential occupancy load is at maximum. Therefore we need to start mitigation plans especially focused on residential housing in order to reduce its vulnerability to future earthquake events”.
Bendito, Rozelle & Bausch, 15WCEE, Lisboa 2012
C
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d
ad
d
e
M
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Intensidad del sismo
Zona IMM = VI IMM = VII IMM = VIII IMM = IX IMM = X
Roturas estimadas en las tuberías de la ciudad de Mérida
Vulnerabilidad sísmica del Sistema de ACUEDUCTOS
Zona IMM = VI IMM = VII IMM = VIII IMM = IX IMM = X
Norte de la ciudad
I 0.53 4.72 28.79 209.44 1570.75
II 0.38 3.31 20.19 146.88 1101.55
V 0.14 1.27 7.78 56.59 424.37
VI 0.19 1.68 10.24 74.45 558.38
VII 0.02 0.20 1.22 8.84 66.30
Sur de la ciudad
III 0.06 0.54 3.28 23.87 178.99
IV 0.20 1.74 10.65 77.42 580.57
VIII 0.05 0.41 2.48 18.04 135.30
IX 0.08 0.66 4.05 29.41 220.55
X 0.16 1.45 8.86 64.45 483.35
Total roturas
Norte de la ciudad 1 11 68 496 3721 Total roturas
Sur de la ciudad 1 5 29 213 1599
Total de roturas
en el sistema 2 16 98 709 5320
Sectorización del sistema de acueductos
http://erevistas.saber.ula.ve/index.php/cienciaeingenieria/article/view/5240
C
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F
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A
G
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ID
A
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Sur de la ciudad Norte de la ciudad
Vulnerabilidad sísmica del Sistema de ACUEDUCTOS
C
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rv
as
d
e
F
R
A
G
IL
ID
A
D
Curvas de fragilidad
http://erevistas.saber.ula.ve/index.php/cienciaeingenieria/article/view/5240
La Tormenta Sísmica del 2015
La Tormenta Sísmica del 2015
Tormenta sísmica Noviembre 2015 Lagunillas
18.OCTUBRE.2016
22.11.2015 5.1 Mw
Tormenta sísmica Julio 2013 Mucuchíes - Apartadero
Sismo 04.02.2015 5.2 Mw
45 km al oeste de Tovar
07.11.2015 5.1 Mw
La Tormenta Sísmica del 2015 se ct o r m ás ce n tr al d e L o s A n d es d e re la ti v am en te b lo q u ea d a y ca rg án d o se
Segmento La Grita
“L a fa ll a d e B o co n ó en el se ct o r M ér id a es tá re la ti v am en te el ás ti ca m en te (…) ”
“En el caso que el Gran Terremoto de los Andes Venezolanos del año 1894 sea la repetición del sismo de 1610, (…) y que la falla de Boconó mantenga el mismo comportamiento mostrado durante el ciclo 1610-1812, el próximo terremoto de magnitud igual o superior a Ms 7,0 debería esperarse en los segmentos Mucuchíes (Boc-b) de la falla de Boconó, cuya población cercana más resaltante es la ciudad de Mérida, o en el segmento contiguo de Santo Domingo (Boc-c)…”Franck Audemard, 2014
Las CAPACIDADES que disminuyen el riesgo
RIESGO
AMENAZA VULNERABILIDAD
=
xRIESGO
=
CAPACIDAD de autogestión comunitaria (resiliencia)
En ruta hacia…
El diseño y preparación de planes de
contingencia en espacios urbanos de uso público
ante eventos sísmicos
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Prof. Pedro J. Rivero RiveroEscuela de Ingeniería Civil
Facultad de Ingeniería, Universidad de Los Andes
II FORO NACIONAL DE GESTIÓN AMBIENTAL URBANA (II GAU) “La gestión de riesgos ambientales en la ciudad venezolana”
Centro Interamericano de Desarrollo e Investigación Ambiental y Territorial (CIDIAT)
