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FACULTAD DE INGENIERA Francisco Daz Covarrubias
Metodologa para el clculo de ndices de vulnerabilidad ssmica
para estructuras
estratgicas en la zona conurbada Veracruz-Boca del Ro
T E S I S
Para acreditar la Experiencia Recepcional de la Carrera de
Ingeniera Civil
Presentado por:
Daniela Bustos Hernndez
Dirigido por:
Dr. Alejandro Vargas Colorado
Boca del Ro, Ver., Noviembre de 2012
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Dedicatorias y Agradecimientos
A Dios
Por haberme dado la vida, la familia y a toda la gente que me
rodea, gracias por
poner en mi camino a todos esas personas maravillosas y por
hacer de m
alguien de bien. Definitivamente: El Seor es mi pastor y nada me
faltar
A mi Madre
La Sra. Mara Luisa Hernndez Caballero porque gracias a ella he
llegado a
donde estoy. Gracias por corregirme cuando no voy siguiendo el
camino correcto
pero sobre todo por estar siempre al pie del can ,pendiente de m
y de mis
hermanos, haciendo hasta lo imposible por que cumpla mis metas,
por ser la
mejor madre del mundo . Este logro no es solo mo, es de las dos.
Muchas gracias
por darme la vida y por ayudarme a ser una persona de bien,
espero nunca
defraudarte. Te amo mami.
A mi Padre
El Sr. Csar Bustos, gracias a ti hoy puedo culminar este sueo,
que desde siempre
tuve, terminar una carrera, no solo por tu ayuda econmica sino
por la confianza
y fe que depositaste en m desde que era pequea, espero te
sientas orgulloso de
m y nunca te sientas defraudado. Gracias por darme esa confianza
que siempre
me has tenido .Te quiero papi.
A mis hermanos
Csar Alejandro y Aldo, espero que este logro sea un ejemplo para
que ustedes
tambin terminen una carrera. Los quiero a mi manera y deseo sean
personas de
bien. Recuerden el hijo sabio, alegra al padre.
A mis Abuelitos
Mara Eugenia y Luis, gracias por estar siempre al pendiente de m
y por quererme
mucho, en verdad son unas de las personas ms importantes en mi
vida y parte
de este logro va dedicado a ustedes. Los quiero mucho Abues y
espero estn
orgullosos de m.
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A mi To
Jos Luis Hicho, gracias to por quererme como a su hija y siempre
estar
pendiente de m a pesar de la distancia. Lo quiero mucho y s que
soy
correspondida de la misma manera, confi en que este orgulloso de
m, y
en verdad gracias por siempre hacerme sentir especial.
A Mario Santamand Heredia
Por acompaarme durante varios aos pero sobre todo en esta etapa
tan
importante de mi vida, por darme nimos en los momentos
difciles,
ayudarme en todo lo que estuvo a tu alcance y sobre todo por
confiar en
lo que soy y en lo que puedo hacer. Gracias amor por todo, eres
una parte
importante de este logro. Te amo
A Irma Menndez Palacios
Por ser m mejor amiga, mi comadre y mi compaera de batalla.
Por
ofrecerme t amistad durante todos estos aos, y luchar conmigo
contra
todas las adversidades que se nos presentaron. Por darme nimos
cuando
no le vea fin a algo, por regaarme cuando sala mi lado stitch y
por
rer, llorar y enojarnos juntas. Eres ms que m mejor amiga, eres
mi
hermana, te quiero Gera.
Al Dr. Alejandro Vargas Colorado
En verdad muchas gracias por haberme dado la oportunidad de
hacer mi
tesis y el servicio social con usted, ya que un da no saba que
iba a hacer
para mi ltimo semestre, y usted llego con esa gran oportunidad,
creo que
no pude caer en mejores manos. Adems es un ejemplo a seguir
porque es
uno de los pocos maestros que tienen ese espritu de servicio
y
responsabilidad. De todo corazn gracias.
A la Familia Santamand Heredia
Sra. Iliana, Sr. Mario, Sra. Aurora, Nayeli y Jessica, gracias
por haberme
acogido en su familia y hacerme sentir parte de ella. Los quiero
mucho a
cada uno de ustedes.
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A la Mtra. Elsa Guadalupe Lagunes Lagunes
Por ser no solo mi maestra sino m amiga, y como dice el Ing.
Molina, mi
otra madre, en verdad maestra muchas gracias por adoptarme y
por
darme consejos de todo. La quiero.
A la Maestra Sigrid Garca Jerezano
Por ser parte de mis cimientos. Gracias porque desde que era una
nia
siempre crey en m y en mi talento, le tengo un lugar muy
especial en mi
corazn, y nunca olvidare que me quera ms que mi maestra.
A mis amigos del servicio
Sarita, Fernndo, Franyutti, Carlos y Alejandro Eduardo, por
brindarme su
amistad y hacer que este semestre fuera uno de los mejores de
la
Universidad, nunca olvidar cada momento y frases que dijimos.
Espero
dentro de unos aos, cuando seamos viejitos, reunirnos y recordar
todo
esto, los quiero a todos.
A mis amigos
Araceli Gmez, Graciela de Monserrat, Vctor Cue, Yahir Miranda,
Andrs
Carballido, Araceli y Mary Tlaxcala, Alma y Othn, Glendy, Dafne,
Silvino,
Joaqun, Rolando, Jenny, Barojas, Josimar, Julin Flores y otros
ms que
por falta de espacio y mala memoria no estn aqu, pero no por
ello son
menos importantes, gracias por brindarme su amistad y
momentos
excelentes cada uno en el entorno en que los conoc y en el
que
convivimos, gracias por todo lo bueno.
A mis maestros
Ing. Antonio Molina, Ing. Jess Santamara, Ing. Arturo
Petrikowski, Ing.
Mnica Macegoza, Mtro. Francisco Williams, Mtra. Guadalupe
Riquer, Ing.
Alfonso Boylan, Mtra. Yolanda Reyes, Ing. Emilio Ortiz Calero,
Dr. Sergio
Zamora y cada maestro que form parte de mi educacin, gracias
por
brindarme un poco de lo que ustedes son.
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ndice General
CAPTULO 1: INTRODUCCIN, JUSTIFICACIN, OBJETIVOS E HIPTESIS 1.1
Introduccin 1 1.2 Justificacin 2 1.3 Objetivos 3 1.4 Hiptesis.
3
CAPTULO 2: ANTECEDENTES 2.1 Vulnerabilidad
Ssmica............................................................
4
2.1.1 Causas de la Vulnerabilidad Ssmica..... 5 2.2 Componentes
de Vulnerabilidad Ssmica. 7
2.2.1 Vulnerabilidad Fsica.. 8 2.2.2 Vulnerabilidad Funcional
9
2.3 Historia Ssmica......................................... 10
2.4 Microzonificacin Ssmica. 11 2.5 Instrumentacin en Edificios 14
2.6 Primer Modo de Vibrar........................ 15 2.7 Resonancia
Suelo-Estructura... 16 2.8 Desarrollo histrico de los ndices de
vulnerabilidad....... 17 2.9 Reglamento de construccin en el estado
de
Veracruz..............................................................................
19
CAPTULO 3: METODOLOGAS PARA LA DETERMINACIN DE LOS NDICES DE
VULNERABILIDAD SSMICA
3.1 Metodologas Analticas 20 3.1.1 Metodologa FEMA 178.. 21
3.1.2 Metodologa ATC-14 22 3.1.3 Metodologa FEMA-273. 22 3.2
Metodologas Cualitativas 23 3.2.1 ATC-21 23 3.2.2 Mtodo Japons.. 24
3.2.3 Mtodo del ndice de Vulnerabilidad. 26
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CAPTULO 4: PROPUESTA METODOLGICA PARA EL CLCULO DEL NDICE DE
VULNERABILIDAD SSMICA 4.1 Introduccin. 27 4.2 Desarrollo de la
metodologa 29 4.2.1 Generalidades de la metodolgica propuesta. 29
4.2.1.2 Metodologa para estructuras a base de muros
de carga... 31
4.2.1.3 Metodologa para estructuras a base de marcos de concreto
(o acero)
52
CAPTULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 62
CITAS Y REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS. 64
ANEXO. 69
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CAPTULO 1
INTRODUCCIN, JUSTIFICACIN, OBJETIVOS
E HIPTESIS
1.1 INTRODUCCIN
La vulnerabilidad ssmica de una estructura, grupos de
estructuras o de
una zona urbana completa, se define como su predisposicin
intrnseca
a sufrir dao ante la ocurrencia de un movimiento ssmico y
est
asociada directamente con sus caractersticas fsicas y
estructurales de
diseo (Barbat,1998)
La zona conurbada Veracruz-Boca del Ro no cuenta con una
metodologa basada en la condiciones locales para la evaluacin
de
ndices de vulnerabilidad ssmica. Experiencias pasadas confirman
la
necesidad de conocer la seguridad de una estructura, en especial
de
aquellas que son estratgicas despus de un sismo, como lo
son:
hospitales, albergues, centrales telefnicas, bomberos, etc. Ya
que son
edificaciones que deben seguir en pie y funcionando de
manera
eficiente despus del evento.
Con esta metodologa se pretende conocer, de manera preliminar,
que
tan segura es una estructura, y tener un punto de partida para
tomar
una decisin adecuada ante un movimiento ssmico. Y as saber
que
edificios se pueden utilizar para ayudar a la poblacin afectada
de
manera inmediata y cuales deben reforzarse antes de ser una
alternativa.
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La metodologa propuesta se basa principalmente en un mtodo
de
inspeccin visual rpida, adaptndola a las condiciones de la zona
de
estudio.
Dicho mtodo evala ciertos parmetros, los cuales se pueden
obtener
de manera visual y con algunas mediciones. El resultado refleja
la
situacin de la edificacin ante un sismo.
1.2 JUSTIFICACIN
Este trabajo de investigacin tendr como resultado una
metodologa, la
cual evaluar el ndice de vulnerabilidad ssmica de las
edificaciones
esenciales en la zona conurbada Veracruz-Boca del Ro. Ya que en
la
zona se desconoce si los edificios o estructuras que son
estratgicas
son lo suficientemente seguras.
Con dicha metodologa podramos evaluar las edificaciones
antes
mencionadas y as tener una idea de que tan seguras son ante
un
eventual sismo potencialmente severo, tambin nos servir de
gua
para saber que estructuras debern inspeccionarse con ms
detalle.
Teniendo la informacin que la metodologa dar como resultado, se
le
puede proporcionar a las autoridades pertinentes (direccin
de
proteccin civil) para que tomen las medidas que crean necesarias
y se
aseguren que los edificios de bomberos, cruz roja, hospitales,
refugios
temporales, centrales telefnicas o televisoras, sigan
funcionando y den
el servicio para el que estn destinadas. As podrn dar
indicaciones a
la poblacin cuando ocurre un sismo sobre a qu estructuras
estratgicas pueden ir.
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1.3 OBJETIVOS
*Objetivo General
Elaborar una metodologa que determine el ndice de
vulnerabilidad
ssmica de estructuras estratgicas mediante una inspeccin
visual
rpida.
*Objetivos especficos
Analizar las metodologas para evaluar el ndice de
vulnerabilidad ssmica existentes
Localizar y clasificar las estructuras esenciales a las que se
les
aplicar la metodologa
Adaptar los criterios que emplea la metodologa elegida a las
caractersticas estructurales de los edificios esenciales de
la
zona conurbada Veracruz-Boca del Ro
Analizar si los parmetros se pueden evaluar de manera rpida
1.4 HIPTESIS
Se espera que con la metodologa propuesta se pueda llegar a
obtener
los ndices de vulnerabilidad ssmica de una estructura mediante
una
inspeccin visual rpida en estructuras estratgicas.
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CAPTULO 2: ANTECEDENTES
2.1 Vulnerabilidad Ssmica
A partir de experiencias de sismos pasados, se ha observado
que
ciertas estructuras presentan ms daos que otras a pesar de
estar
ubicadas en la misma zona.
La vulnerabilidad ssmica de una estructura o grupo de
estructuras es
un trmino que se refiere a lo susceptible o propenso que puede
ser
un edificio de sufrir dao o colapso ante un movimiento ssmico.
Est
directamente relacionada con las caractersticas del diseo y
la
construccin de la estructura.
Si al grado de dao que sufre una edificacin le llamamos
vulnerabilidad, entonces podemos clasificar los edificios como
ms
vulnerables o menos vulnerables ante un mismo evento ssmico. El
ser
ms o menos vulnerable ante un sismo es una propiedad intrnseca
de
cada estructura.
Los estudios de vulnerabilidad ssmica surgen a principios del
siglo XX,
como una necesidad ante las consecuencias de sismos que han
ocurrido en distintas partes del mundo. El entendimiento del
comportamiento ssmico de una estructura nos permite precisar
las
acciones necesarias para mitigar los efectos causados por un
sismo.
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Existen dos tipos de vulnerabilidad:
Vulnerabilidad ssmica observada
Est basada en mtodos de carcter subjetivo y emprico. Se
deriva de levantamientos de los daos posteriores a un
movimiento ssmico y de un anlisis estadstico para algn tipo
definido de estructura.
Vulnerabilidad ssmica Calculada
Se obtiene analticamente simulando la respuesta ssmica de
alguna estructura.
2.1.1 Causas de la Vulnerabilidad Ssmica
Se pueden identificar dos condiciones:
Vulnerabilidad por Origen
Vulnerabilidad Progresiva
Vulnerabilidad por Origen
Se define como el grado de susceptibilidad o predisposicin de
las
estructuras, constituidas y construidas sin ningn tipo de
control ni
planificacin, las cuales pueden sufrir dao o prdida a causa de
un
fenmeno natural.
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El acelerado crecimiento de las ciudades y los procesos
asociados al
desarrollo, sumado a la creciente demanda de soluciones
habitacionales, ha ocasionado un incremento de la urbanizacin
,
trayendo como consecuencia la construccin de asentamientos
informales localizados en zonas y terrenos poco aptos para
la
construccin de edificaciones, tales como laderas y llanuras,
de
inundacin, construidas sin ningn tipo de asistencia o
normatividad
tcnica siendo vulnerables desde su origen, este tipo de situacin
se le
puede denominar: Vulnerabilidad por origen (Maskrey et al,
1986)
Vulnerabilidad Progresiva
Se define como el grado de susceptibilidad o predisposicin de
las
estructuras, en gran parte transformadas sin ningn tipo de
control ni
planificacin, que pueden sufrir dao o prdida a causa de un
fenmeno
natural.
Existen asentamientos que, siendo emplazados en zonas
seguras
desde su origen, se han vuelto vulnerables con el tiempo debido,
por lo
general al deterioro de viejas construcciones en reas
densamente
pobladas. Muchas transformadas mediante ampliaciones,
demoliciones
o adiciones. Tambin existen asentamientos en donde se pueden
encontrar edificaciones que aunque han sido diseadas y
construidas
de acuerdo con cdigos ssmicos de una determinada poca,
pueden
estar desactualizadas, a la luz de las normas ssmicas vigentes,
a estas
situaciones se les llama: Vulnerabilidad Progresiva (Maskrey et
al,
1986)
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2.2. Componentes de Vulnerabilidad Ssmica
La Vulnerabilidad Ssmica puede ser fsica o funcional.
La primera est relacionada con la capacidad que tiene la
edificacin
para comportarse adecuadamente frente a la accin ssmica durante
su
vida til y que puede afectar los elementos estructurales que
componen el sistema de soporte del edificio (Vulnerabilidad
Estructural),
al igual que los elementos no estructurales, tales como los
componentes arquitectnicos, divisiones, equipos, etc. La falla
de los
elementos no estructurales puede causar la inhabilitacin del
edificio
para su buen funcionamiento o para su ocupacin temporal
(Vulnerabilidad No Estructural). La segunda est relacionada con
la
capacidad de la edificacin de seguir prestando el servicio para
el que
fue diseada y construida.
Vulnerabilidad Ssmica
Vulnerabilidad Fsica Vulnerabilidad Funcional
Vulnerabilidad Estructural
Vulnerabilidad No Estructural
Figura 1. Componentes de la vulnerabilidad ssmica de
edificaciones existentes.
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2.2.1 Vulnerabilidad Fsica
La vulnerabilidad fsica de una edificicacin o un grupo de ellas,
est
definida como el grado de susceptibilidad o predisposicin de
los
elementos estructurales y no estructurales a sufrir dao o
prdida.
Puede ser de tipo :
Vulnerabilidad Estructural o
Vulnerabilidad No Estructural.
Vulnerabilidad Estructural
Alude a la susceptibilidad de ser daados o afectados los
elementos
estructurales de una edificacin frente a un movimiento ssmico
que
acta en conjunto con las dems cargas existentes en dicha
estructura.
Los elementos estructurales son aquellas partes que sostienen
la
estructura de una edificacin, encargados de resistir y
transmitir a la
cimentacin y luego al suelo las fuerzas causadas por el peso
del
edificio y su contenido, as como las cargas provocadas por los
sismos.
Entre estos elementos se encuentran las columnas, vigas, muros
de
corte, etc.
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Vulnerabilidad no estructural
Una estructura puede permanecer en pie despus de un sismo,
sin
embargo puede quedar inhabilitada debido a daos no
estructurales.
Estos daos generalmente se pueden presentar en fachadas,
vidrios,
puertas, ventanas, escaleras, instalaciones, equipos
especiales,
lmparas, plafones, etc. Los cuales una vez afectados obliga a
la
paralizacin del servicio que prestan y esto ocasiona que no
brinden
directamente ayuda a la poblacin afectada por la
contingencia.
2.2 Vulnerabilidad Funcional
La vulnerabilidad funcional se define como la susceptibilidad de
la
edificacin para seguir prestando el servicio para el que fue
construida.
Este es un aspecto de mxima importancia en edificaciones
cuya
funcin es vital, como hospitales, bomberos, albergues, etc.
Aunque las edificaciones desarrollen un buen desempeo
estructural
frente a las solicitaciones ssmicas, se puede presentar un
colapso
funcional que puede ser an ms grave que una falla en los
elementos
de la propia estructura.
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2.3 Historia Ssmica
La zona conurbada Veracruz-Boca del Ro est situada en la
placa
tectnica Norteamericana, adems su evidencia ssmica histrica
y
crecimiento urbano indican la necesidad de invertir esfuerzos
para
reducir el riesgo ssmico en edificaciones. Las condiciones del
suelo de
desplante pueden generar cambios significativos del
movimiento
ssmico.
Para no omitir la presencia de sismos importantes, se elabor
el
Catlogo de Sismos Histricos (Hernndez, 2008)
Preinstrumentales
(1523-1910) con los sismos sentidos en el Estado (950 eventos);
para
el anlisis de la sismicidad reciente del Estado, se elabor el
Catlogo
de Sismos Instrumentales (1910-2010) con ms de 3400 eventos.
Con
este ltimo se detect el perodo donde los registros son
homogneos,
continuos y confiables (a partir de 1959).
Solo por mencionar algunos sismos de la poca instrumental,
destacan
por sus efectos: el del 3 de Enero de 1920 (Ms=6.5) conocido
como el
temblor de Xalapa, el del 26 de Agosto de 1959 (Ms=7.5) o
temblor de
Jltipan, el del 11de Marzo de 1967 (Ms=5.6) o temblor de
Veracruz y el
del 28 de Agosto de 1973 (Ms=7.3) o temblor de Orizaba. Con
esta
informacin se evalu la extensin, ubicacin e intensidad de
los
efectos locales de los sismos.
Se consideraron como antecedentes los estudios de las
caractersticas
geotcnicas, geolgicas y morfolgicas hechos en la zona, as
como
estudios preliminares de Microzonificacin ssmica (Lermo et al.
1995).
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Con todo lo anterior, qued de manifiesto la zona de inters para
este
estudio. La figura 2 muestra ubicacin y magnitud de los sismos
ms
importantes del Estado de Veracruz (Williams et al, 2011)
2.4 Microzonificacin ssmica
Se registraron microtremores en 332 sitios en la zona usando
un
acelergrafo Etna, con ellos se estim el cociente espectral
de
Nakamura (HVNR por sus siglas en ingls) para estimar frecuencia
y
perodo dominante (Figura 3 ); para las amplificaciones se us
el
registro de los sismos.
Figura 2. Sismos importantes del estado de Veracruz (Williams et
al, 2011)
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Las funciones de transferencia empricas FTE fueron agrupadas
de
acuerdo a su forma espectral en familias, quedando delimitadas
las 3
microzonas de la ZCV (Figura 4).
Estas familias espectrales se pueden observar en la Figura 4,
donde la
Zona I, presentan FTE totalmente planas desde 0.1 a 8 Hz
aproximadamente para sus dos componentes horizontales, por lo
que
sus efectos de sitio presentan un periodo dominante entre 0.0 a
0.19
segundos, cuyos depsitos en su mayora son conglomerados.
La Zona II, cuyos suelos son en su mayora depsitos de dunas,
su
familia espectral, para las dos componentes horizontales
presentan un
mximo entre 2.5 a 5.0 Hz (0.20 a 0.39 segundos).
Figura 3. Mapa de periodos Dominantes (Williams et al, 2011)
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Mientras que la zona III, cuyos suelos son depsitos
aluviales,
presentan mximos espectrales entre 1.5 a 2.5 Hz (0.40 a 0.7
segundos).
Como resultado de esta etapa se elabor la primera propuesta
de
zonificacin ssmica de la zona conurbada Veracruz-Boca del
Ro,
Veracruz.
En la figura 4 se presenta el mapa propuesto que incluye las
tres
microzonas que representan los diferentes tipos de terreno con
fines de
diseo ssmico. En azul la Zona 1, descrita como zona firme; en
verde
la Zona 2, descrita como zona de dunas; y en amarillo la Zona
3,
descrita como zona aluvial.
Figura 4. Mapa de Microzonificacion sismica. (Williams et al,
2011)
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2.5 Instrumentacin en edificios
La instrumentacin constituye una fuente de obtencin de datos
experimentales; resulta de utilidad para entender de una mejor
manera
los fenmenos ssmicos, as como para analizar el comportamiento
de
las estructuras ante stos, evaluarlas e incluso predecir su
respuesta
producida por eventos ssmicos futuros.
La importancia de la instrumentacin ssmica de edificios se
sustenta en
que permite hacer evaluaciones cuantitativas de las
excitaciones
impuestas por los sismos a las estructuras y de las respuestas
de las
mismas.
Es necesario instrumentar un edificio para garantizar la
seguridad y
confiabilidad del inmueble, a partir del anlisis de su respuesta
ante
sismos fuertes.
Para instrumentar un edificio se utiliza el acelergrafo, que es
un
instrumento que posee tres sensores ortogonales y registran
el
movimiento del suelo en la componente norte-sur, este-oeste y
vertical.
El registro se llama acelerograma y permite determinar la
duracin del
movimiento ssmico en el sitio y los valores de aceleracin mxima
a los
que ha sido sometida la estructura.
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2.6 Primer modo de vibrar
Los edificios poseen distintas formas de vibrar ante cargas
dinmicas
que, en la eventualidad de un sismo, pueden afectar la misma en
mayor
o menor medida. Estas formas de vibrar se conocen como modos
de
vibracin.
El primer modo es el ms representativo y por ello se conoce
como
modo fundamental y a su perodo asociado se le conoce como
perodo
natural de vibracin, pues es el de mayor magnitud, por lo que
le
corresponde una mnima frecuencia de vibracin. El primer modo
ocurre
cuando todas las masas se desplazan en el mismo sentido hacia
un
lado de la vertical. (Fernndez et al, 2002)
Figura 5. Modos de vibracin de un edificio
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2.7 Resonancia Suelo-Estructura
Es bien conocido el efecto de las condiciones de suelo, tanto
globales
como locales, en la respuesta de una estructura sometida a
cargas
ssmicas. En general, se observa un mayor dao en estructuras
flexibles cuando las condiciones locales de suelo corresponden a
suelo
blando y una mayor concentracin de dao en estructuras rgidas
en
condiciones de suelo firme. Por ello se recomienda emplear
estructuras
flexibles en un suelo firme y estructuras rgidas en un suelo
blando. Las
condiciones globales de suelo tambin son importantes porque
determinan el contenido de frecuencias del terremoto.
Es abundante la informacin que relaciona los suelos blandos con
dao
estructural significativo, en particular durante los sismos de
Mxico en
1985, Loma Prieta (Estados Unidos) en 1989 y Kobe (Japn) en
1995.
Existen varios factores que causan este incremento de dao en
comparacin con el observado en suelos firmes. Un primer factor
es
que los suelos blandos filtran el contenido de frecuencias de
un
terremoto y tienden a producir ondas con el periodo fundamental
del
suelo. Las estructuras con un periodo fundamental similar al
periodo del
suelo son muy vulnerables debido a la resonancia. (Barbat et al,
1999)
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2.8 Desarrollo histrico de los ndices de vulnerabilidad
Los estudios de vulnerabilidad ssmica en edificaciones
existentes, no
pudieron aparecer sin que la humanidad entendiera a travs de
la
experiencia, que los sismos no pueden ser controlados por el
hombre
pero s las formas de construccin, de manera de hacer que
nuestras
edificaciones sean sismo resistentes.
A raz de la ocurrencia del sismo de Mesina (Italia) en el ao
1908, se
encarg a una comisin del anlisis de los efectos del sismo y
de
proponer medidas convenientes para que en un futuro, ante la
ocurrencia de un sismo de similar o mayor magnitud, las
estructuras no
sufrieran daos considerables. Para 1909 la comisin recomend
que
los edificios deban disearse de manera tal que resistieran
cargas
laterales equivales a un 1/12 de su peso.
En Japn luego del sismo de Tokio ocurrido en 1923, los
ingenieros
japoneses encontraron que los daos ms fuertes haban ocurrido
en
los edificios de mampostera, mientras que en los de concreto
armado y
madera los daos fueron menos considerables. Luego de varias
discusiones se propusieron los primeros conceptos del diseo
sismo
resistente.
En los Estados Unidos, el primer intento de normalizacin se
produjo en
1927 a raz del sismo de Santa Brbara; posteriormente ocurri
el
sismo de Long Beach en 1933, que motiv al gobierno a encargar a
su
Divisin de Arquitectura la preparacin de un reglamento de
construccin.
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Este reglamento exiga, entre otras cosas, que los edificios
de
mampostera no reforzada se deban disear para resistir una
carga
lateral igual al 10% de la suma de su carga muerta y una parte
de la
carga viva.
En 1974, el Consejo de Tecnologa Aplicada de California
(ATC)
conform un grupo muy slido de ingenieros que propuso las bases
de
normalizacin, las cuales presentaron en el documento
Tentative
Provisions for the Development of Seismic Regulations for
Buildings,
conocido como ATC-3-06. Este documento conform las bases para
la
elaboracin de un buen nmero de cdigos modernos de
construccin
sismoresistente en el mundo y de estudios de Vulnerabilidad
ssmica en
edificaciones.
La mayor parte de los estudios de Vulnerabilidad ssmica de
estructuras, tienen su origen en las llamadas Tcnicas de
Screening
empleadas durante la dcada de los 60 y 70, las cuales
trataban
fundamentalmente de cuantificar la resistencia de la edificacin
por
aproximaciones, con el fin de determinar la capacidad de la
estructura
existente, ante la aplicacin de cargas en forma monotnica en una
sola
direccin hasta hacer colapsar la estructura. Algunas de estas
tcnicas
sirvieron de base para posteriores mtodos, que en el caso
ssmico,
incluyeron estimaciones de la ductilidad y de desplazamiento
lateral de
la estructura.
A finales de la dcada del 70 e inicio de la del 80, ciudades
tan
importantes como Los ngeles y San Francisco, centros urbanos
con
reconocida amenaza ssmica, iniciaron y presentaron estudios
de
vulnerabilidad a gran escala, utilizando mtodos probabilsticos
para el
primer caso y mtodos determinsticos para el segundo.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
Ssmica para estructuras estratgicas en la zona conurbada Veracruz-
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Para esta poca la oficina del Coordinador de las Naciones
Unidas
para casos de Desastres (UNDRO actualmente Oficina de las
Naciones para Asuntos Humanitarios ONU/DAH), en conjunto con
la
Organizacin de las Naciones Unidas para la Educacin la Ciencia y
la
Cultura (UNESCO) desarrollaron los conceptos de Amenaza,
Vulnerabilidad y Riesgo. (Fernndez et al, 2002)
2.9 Reglamento de construccin en el estado de Veracruz
El Reglamento de Construcciones vigente para el Estado de
Veracruz,
que abarca en el todos los municipios incluyendo la Zona
Conurbada
Veracruz-Boca del Ro objeto de este estudio, data de 1979 y no
cuenta
con Normas Tcnicas Complementarias. En 1998 se hizo una
nueva
propuesta que est en proceso de revisin y aprobacin por la
legislatura. (Riquer et al, 2003)
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
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CAPTULO 3 METODOLOGAS PARA LA DETERMINACIN DE LOS
NDICES DE VULNERABILIDAD SSMICA
Existen diversas propuestas de metodologas para el anlisis
de
vulnerabilidad ssmica y se han hecho numerosas aplicaciones
en
varias regiones del mundo.
Para la determinacin de la vulnerabilidad ssmica, existen
metodologas:
Analticas
Cualitativas
3.1 Metodologas analticas
La evaluacin de la vulnerabilidad de edificios existentes por
medio de
mtodos analticos est fundamentada en los mismos principios
utilizados para el diseo de construcciones sismo
resistentes.
Evalan la resistencia estimada de las estructuras a los
movimientos
del terreno utilizando como base modelos mecnicos de
respuesta
estructural e involucrando como datos las caractersticas
mecnicas de
las estructuras. Constituyen un enfoque completo, exigente y
costoso.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
Ssmica para estructuras estratgicas en la zona conurbada Veracruz-
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Generalmente son bastantes laboriosos y dependen en cierta
medida
del grado de sofisticacin de la evaluacin, de la calidad de
la
informacin y de la representatividad de los modelos
empleados.
A continuacin se describen los mtodos analticas: FEMA 178,
ATC-14
y FEMA-273.
3.1.1 Metodologa FEMA 178
El Building Safety Council de Estados unidos desarroll este
mtodo el
cual es empleado para realizar la evaluacin y el diagnostico
ssmico de
cualquier edificacin existente. Las guas y procedimientos del
FEMA-
178 son utilizados nicamente para evaluar la capacidad de la
edificacin en cuanto a si es peligrosa para ser ocupada o no, y
evala
el uso de la estructura despus del terremoto.
La metodologa plantea una serie de interrogantes, para el
sistema
estructural, marcos resistentes a momentos, diafragmas,
conexiones y
amenazas geolgicas, entre otros, los cuales estn diseados
para
describir defectos o puntos dbiles o zonas vulnerables de la
edificacin. El anlisis realizado por medio de este mtodo se
debe
llevar a cabo mediante procedimientos simples y en caso de
resultar
que la edificacin es cuestionable, se deber realizar una
investigacin
ms detallada.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
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3.1.2 Metodologa ATC-14
Hace nfasis en la determinacin de los puntos dbiles del edificio
con
base en la observacin de daos en edificios similares, producidos
por
eventos ssmicos anteriores. Para determinar la vulnerabilidad de
una
edificacin, se deben calcular los esfuerzos cortantes actuantes
y los
desplazamientos relativos del entrepiso.
Con las fuerzas cortantes en los entrepisos se calcula el
esfuerzo
promedio de los elementos resistentes verticales del edificio,
el cual se
compara con el esfuerzo estimado del material mediante una
relacin.
Si la relacin es menor que uno, indica que la estructura
presenta
problemas de corte y que requiere de un anlisis ms
detallado.
3.1.3 Metodologa FEMA 273
Est diseado para identificar los elementos estructurales que
podran
tener un mal comportamiento frente a la ocurrencia de un
evento
ssmico, porque tienen poca capacidad o resistencia. Adems,
define
tcnicas y criterios de diseo que permiten alcanzar diferentes
niveles
de desempeo ssmico de la edificacin. Dentro de los niveles
de
desempeo ssmico se encuentran: el nivel de ocupacin inmediata,
el
nivel operacional, nivel de proteccin de la vida y el nivel de
prevencin
de colapso y su comportamiento que se espera de la
edificacin
durante y despus de un sismo.
El procedimiento del FEMA-273 permite hacer una simplificacin o
una
rehabilitacin sistemtica. La rehabilitacin simplificada es usada
para
edificaciones bajas, de configuracin geomtrica sencilla y en
zonas de
amenaza ssmica baja e intermedia.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
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La rehabilitacin sistemtica, se basa en el comportamiento o
lineal de
la respuesta de la estructura y revisa cada elemento estructural
para
verificar la interaccin aceptable de los desplazamientos
esperados y
de las fuerzas internas en los elementos estructurales.
3.2 Metodologas Cualitativas
Los mtodos cualitativos son diseados para evaluar de manera
rpida
y sencilla un grupo de edificaciones. Estos mtodos son usados
para
obtener un estimativo de vulnerabilidad de edificaciones, lo que
permite
conocer su comportamiento ante la ocurrencia de un sismo.
En general puede decirse que los mtodos cualitativos se enfocan
en
asignar una calificacin a la edificacin de acuerdo ciertos
aspectos
tales como su estado de conservacin, irregularidades en
planta,
elementos no estructurales, etc., calificacin que no precisa de
clculos
muy elaborados.
A continuacin se describen los mtodos cualitativos para la
evaluacin
de vulnerabilidad ssmica: ATC-21, Mtodo Japons, Mtodo del
ndice
de Vulnerabilidad.
3.2.1 ATC-21
El mtodo ATC-21, Mtodo de revisin por filtro de Peligros
ssmicos
Potenciales en edificaciones existentes, es un mtodo muy
sencillo que
se basa simplemente en darle una calificacin inicial a una
edificacin y
a medida que se avanza en la revisin, se van filtrando las
caractersticas estructurales de la edificacin y as mismo se le
van
restando o sumando puntos a la calificacin inicial.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
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El procedimiento comienza por identificar el sistema estructural
que
resiste las fuerzas ssmicas as como los materiales de los que
est
compuesto.
El puntaje se le ir sumando o restando a la calificacin
inicial
dependiendo de factores tales como:
Si es de gran altura.
Si est deteriorado.
Si tiene irregularidades geomtricas.
Si existen pisos flexibles dentro de la edificacin.
Si existe torsin en planta.
La escala en este mtodo va desde 0 (mal comportamiento
ssmico),
hasta 6 (muy buen comportamiento). Si un edificio resulta con
una
calificacin inferior o igual a 2, se requiere que se lleve a
cabo una
evaluacin ms detallada.
3.2.2 Mtodo Japons
El mtodo propuesto por Hirosawa (Hirosawa, 1992) es
utilizado
oficialmente en Japn por el Ministerio de Construccin en la
evaluacin
de la seguridad ssmica de edificios de concreto armado. El
mtodo
recomienda tres niveles de evaluacin, que van de lo simple a
lo
detallado, y se basa en el anlisis del comportamiento ssmico de
cada
piso del edificio en las direcciones principales de la planta.El
mtodo fue
propuesto originalmente para ser utilizado en edificios de
concreto
armado de altura media existentes o daados, del orden de seis a
ocho
pisos estructurados con marcos o muros.
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Tesis: Metodologa para el clculo de ndices de Vulnerabilidad
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La vulnerabilidad estructural se establece considerando que:
1. Si (ndice es mayor o igual que el ndice ) se
puede considerar que el edificio tiene un comportamiento
ssmico seguro frente a un evento ssmico.
2. Si < (ndice es menor que el ndice ) se puede
considerar que el edificio tiene un comportamiento incierto
frente a un evento ssmico, y por lo tanto se considera como
inseguro.
Donde es el ndice de vulnerabilidad de la estructura e es el
ndice de juicio estructural.
Clculo del ndice Is
Este ndice se calcula mediante la ecuacin siguiente:
Is = Eo * SD * T
Dnde:
Eo: ndice ssmico bsico de comportamiento estructural.
SD: ndice de configuracin estructural.
T: ndice de deterioro de la edificacin.
Clculo del ndice ISO
Este ndice se calcula con la ecuacin siguiente:
Iso = Eso * Z * G * U
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Dnde:
Eso = Resistencia ssmica bsica requerida.
Z = Factor de zona ssmica; su valor depende del peligro
ssmico
del lugar donde se ubica el edificio (0.5 Z 1).
G = Factor de influencia de las condiciones topogrficas y
geotcnicas.
U = Factor de importancia del edificio por su uso.
3.2.3 Mtodo del ndice de Vulnerabilidad
El mtodo del ndice de Vulnerabilidad ssmica propuesta por
Benedetti
y Petrini en 1984 identifica los parmetros ms importantes
que
controlan el dao en los edificios causados por un terremoto.
El mtodo califica diversos aspectos de los edificios tratando
de
distinguir las diferencias existentes en un mismo tipo de
construccin.
Esta metodologa considera aspectos como el tipo de suelo sobre
el
cual estn cimentados, configuracin en planta y en elevacin,
sistema
de organizacin resistente, entre otros.
La importancia de este mtodo, es que se puede aplicar para
edificios
de mampostera estructural y para edificios en concreto armado,
que
son los dos tipos de edificaciones que ms encontramos en esta
zona
conurbada.
En cada uno de los dos tipos de estructuras, se evalan once
parmetros, para los cuales se les da un valor y un peso. Al
final la
sumatoria de los valores multiplicados por sus respectivos pesos
nos da
el ndice de vulnerabilidad ssmica de la estructura, y en la
medida que
va subiendo el valor del ndice, la edificacin es ms
vulnerable.
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CAPTULO 4 PROPUESTA METODOLGICA
PARA EL CLCULO DEL NDICE DE VULNERABILIDAD
SSMICA
En el presente captulo se propone una metodologa para evaluar
los
ndices de vulnerabilidad ssmica de la zona conurbada Veracruz-
Boca
del Ro para estructuras estratgicas.
4.1 Introduccin
Lo primero que se realiz para iniciar la elaboracin de la
metodologa,
fue definir qu estructuras estratgicas se le podra aplicar en un
futuro
dicho mtodo.
Las estructuras elegidas debido a su vital importancia ante un
evento
ssmico fueron:
Sub estacin del H. Cuerpo de Bomberos conocida como del
DIF lavaderos
Cruz Roja base norte
Gimnasio de la Unidad Deportiva Carlos Serdn
Estacin del H. Cuerpo de Bomberos de Veracruz, conocida
como Bomberos de Zaragoza
Estacin del H. Cuerpo de Bomberos Conurbados, conocida
como Bomberos de Leyes de Reforma
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Auditorio de la Facultad de Educacin Fsica de la Universidad
Veracruzana
H. Ayuntamiento de Boca del Ro
Cruz Roja de Boca del Ro
Estas estructuras fueron elegidas como posibles aplicaciones de
la
metodologa que se desarroll debido a su importancia, ya que en
un
sismo deben ser consideradas seguras y que cumplan al 100 %
la
funcin para la que estn diseadas.
Al tener identificadas las estructuras estratgicas candidatas a
la
aplicacin en un futuro, se hizo una inspeccin visual simple, en
la cual
se observ que tipo de sistema resistente predominaba en ellas
y
facilidades para poder accesar a la edificacin. Esto se realiz
con el
propsito de que al elaborar la metodologa se apegar a las
condiciones de la zona y de las estructuras.
Como resultado de esta evaluacin previa, se tuvo que las
estructuras
estratgicas mencionadas son a base de marcos de concreto, acero
o
muros de carga.
Adems esta evaluacin nos sirvi para definir que la metodologa
que
se desarroll deba ser visual, debido que en un futuro cuando
se
apliqu, existir alguna estructura en la cual no tengamos acceso
a
algunas reas, por ejemplo en hospitales, no se podr pasar a
quirfanos o donde se encuentren los enfermos por motivos de
seguridad o higiene; Asimismo no se cuenta con el equipo y
herramientas necesarias para hacer una evaluacin que sea ms
que
visual, como esclermetros para saber la resistencia del concreto
o
sensores que nos indiquen el armado de la edificacin.
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4.2 Desarrollo de la metodologa
Despus de revisar las metodologas existentes, se decidi que
la
metodologa que se iba a desarrollar fuera principalmente visual,
debido
a que la evaluacin se podr realizar a un no teniendo un acceso
total a
las estructuras estratgicas. Adems no sera necesario hacer
pruebas
invasivas ni tener equipo o herramientas especializadas, el
evaluador
no requerir de conocimientos muy tcnicos para su aplicacin y por
lo
general las edificaciones no tienen planos estructurales que
sirvan de
apoyo para hacer clculos avanzados.
Por todo lo anterior, la metodologa de Benedetti-Petrini fue la
elegida
ya que es una evaluacin para obtener ndices de
vulnerabilidad
ssmica de manera visual y rpida, siendo adaptada las
caractersticas
y necesidades de las estructuras de la zona conurbada
Veracruz-Boca
del Ro.
4.2.1 Generalidades de la metodologa propuesta
En la metodologa que se propone, la vulnerabilidad de un
edificio se
definir mediante un ndice de vulnerabilidad ssmica, Iv, que
se
obtendr a partir de la evaluacin y ponderacin de diferentes
parmetros relacionados con elementos estructurales y no
estructurales, que tienen que ver con el comportamiento ssmico
del
edificio.
El mtodo consiste en la evaluacin de 13 parmetros los cuales
se
tendrn que recolectar mediante visitas a las estructuras
estratgicas.
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La metodologa se podr aplicar a dos tipos de edificaciones:
Estructuras a base de muros de carga (mampostera) y
Estructuras a base de marcos de concreto y acero.
Despus de recabar la informacin necesaria para cada
parmetro,
(dependiendo del tipo de sistema resistente de la estructura
evaluada),
Entonces los parmetros son calificados en funcin de la tabla
de
valores y pesos modificada para la zona conurbada
Veracruz-Boca
del Ro, en la cual se le asigna una calificacin Ki a cada valor
de la
escala, desde A hasta D donde A es ptimo y D psimo para
estructuras a base de muros de mampostera. Y de A hasta C
para
estructuras a base de marcos de concreto y acero. Una vez
obtenida
las calificaciones parciales (A, B, C, D o A, B o C) de cada uno
de los
parmetros analizados, estas son afectadas por un factor de
peso
segn el grado de importancia de cada parmetro en relacin con
los
dems.
A partir de los valores obtenidos, se cuantifica el ndice de
Vulnerabilidad Ssmica mediante una suma ponderada, segn la
expresin:
=
13
=1
Dnde:
Iv: ndice de Vulnerabilidad Ssmica
Ki: Calificacin Asignada
Wi: Coeficiente de Peso
Ecuacin 1. Para obtener el ndice de vulnerabilidad ssmica
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A continuacin se describen los parmetros a evaluar y la tabla
de
valores y pesos usados para cada caso.
4.2.1.2 Metodologa para estructuras a base de muros de
carga
Para estructuras a base de muros de carga (o muros de
mampostera)
se evaluarn los siguientes parmetros que inicialmente se estiman
en
la metodologa original:
1. Organizacin del sistema resistente
2. Calidad del sistema resistente
3. Resistencia convencional
4. Posicin del edificio y cimentacin
5. Diafragmas horizontales
6. Configuracin en planta
7. Configuracin en elevacin
8. Distancia mxima entre muros
9. Tipo de cubierta
10. Elementos no estructurales
11. Estado de conservacin
Adems se le agregar dos parmetros:
12. Efecto de sitio
13. Cambio de uso
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Y su tabla de valores y pesos ser la siguiente:
Tabla 1. Valores y pesos de la metodologa propuesta para la
zona
conurbada Veracruz- Boca del Ro para estructuras a base de muros
de
mampostera
i Descripcin
del parmetro i
Valor Ki segn categora Wi
A B C D
1 Organizacin del sistema resistente
0 0 20 45 1
2 Calidad del
sistema resistente
0 5 25 45 0.25
3 Resistencia
convencional 0 5 25 45 1.5
4 Posicin del
edificio y cimentacin
0 5 25 45 0.75
5 Diafragmas horizontales
0 5 15 45 1.0
(variable)
6 Configuracin
en planta 0 5 25 45 0.5
7 Configuracin en elevacin
0 5 25 45 1.0
(variable)
8 Distancia
mxima entre muros
0 5 25 45 0.25
9 Tipo de cubierta
0 15 25 45 1.0
(variable)
10 Elementos no estructurales
0 0 25 45 0.25
11 Estado de
conservacin 0 5 25 45 1.15
12 Efecto de sitio 0 15 25 45 1
13 Cambio de
uso 0 5 25 45 0.75
Teniendo un ndice de vulnerabilidad ssmica para estructuras a
base de
muros de mampostera que va de 0 a 468. Con los siguientes
rangos:
vulnerabilidad baja: 0-156, vulnerabilidad intermedia: 157 a 312
y
vulnerabilidad alta: 312 a 468.
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En la cual los valores de calificacin fueron modificados para
el
parmetro de estado de conservacin debido a que en el Estado
de
Veracruz es uno de los lugares con mayor presencia de corrosin,
la
cual castiga mucho la conservacin del acero en las estructuras.
Y para
los parmetros efecto de sitio y cambio de uso se le asigno
esas
calificaciones de acuerdo a la opinin de los Maestros que forman
parte
del Instituto de Ingeniera.
A continuacin se describe cada parmetro.
1. Organizacin del sistema resistente
Con este parmetro se evala el grado de organizacin de los
elementos de la estructura resistente, sin tomar en cuenta el
material
utilizado. Se enfatiza en la necesidad de tener en cuenta la
presencia y
eficacia de las conexiones entre los elementos resistentes
ortogonales
verticales, procurando de esta manera, considerar la posible
semejanza
del comportamiento de la estructura analizada con el de una
estructura
ortogonal, cerrada, tipo cajn. (Ahumada et al, 2011)
Es necesario identificar el tipo de sistema estructural:
Mampostera no reforzada
Son las edificaciones que utilizan
mampostera la cual no tiene confinamiento
o ningn tipo de refuerzo externo o interno.
Figura 6. Mampostera no reforzada
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Mampostera confinada
Es la mampostera que esta reforzada con castillos y dalas.
(NTC-
04,2004)
Mampostera reforzada
Es aqulla con muros reforzados con barras o alambres corrugados
de
acero, horizontales y verticales, colocados en las celdas de las
piezas,
en ductos o en las juntas. El acero de refuerzo, tanto
horizontal como
vertical, se distribuir a lo alto y largo del muro.
(NTC-04,2004)
Figura 7. Mampostera Confinada
Figura 8. Mampostera Reforzada
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Calificacin A: Edificios cuyo sistema resistente es a base
de
mampostera confinada o reforzada.
Calificacin B/ Calificacin C: Mampostera parcialmente
confinada
(De acuerdo a su grado de confinamiento es B o C)
Calificacin D: Mampostera sin confinar y/o sin refuerzo.
Nota: Se puede encontrar mampostera que se encuentra reforzada
con
vigas, pero esto no indica que sean calificacin A, debido a que
para
calificarla de esa manera influyen ms factores, entonces esto
solo
puede ser considerado como una ayuda al sistema resistente.
2. Calidad del sistema resistente
Se debe evaluar la calidad del material empleado: tabique
macizo,
tabique hueco, block u otro. Si es posible observar las juntas
de la
mampostera, son suficientes o insuficientes, es de buena calidad
el
mortero de las juntas.
Adems hay que revisar si la estructura presenta una o varias de
las
siguientes fallas:
Grietas aproximadamente a 45 en los
extremos de la base del muro, ya que esto
nos indica que es una falla por cortante.
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Grietas a 45 formando una X en las vigas
que unen las dos porciones de muro, esto
se presenta debido a una falla por tensin
diagonal en vigas de unin.
Grietas casi horizontales en los extremos
de la base del muro, debidas a una falla
por flexin.
Grietas a 45 formando una X en las
partes del muro que rodea la abertura.
Estas se presentan por una falla de
cortante en muros con aberturas.
Si es mampostera reforzada, barras expuestas.
Falla en paredes con vanos de
puertas, ventanas u otros. Las grietas
se producen en forma de X,
distribuidas en los espacios entre
vanos. Es ocasionada por fuerzas
laterales.
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Grietas horizontales en la parte superior o
inferior de las regiones entre vanos en
muros. Es ocasionada por fuerzas
laterales
Grietas que se cruzan formando ngulos de
aproximadamente 45 con respecto a la
horizontal. El cruce de grietas tiende a
localizarse en la parte central del muro. Es
ocasionada por fuerzas laterales.
Grietas que forman lneas verticales al
centro con diagonales en la parte
superior e inferior del muro. Eventual
separacin de puertas y ventanas. Se
produce por asentamientos diferenciales.
Falla que ocurre en muros que no
poseen una adecuada unin entre
muros perpendiculares. Es
ocasionada por fuerzas horizontales
al plano del muro.
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Calificacin A: Se considera que la mampostera es de muy
buena
calidad al igual que el mortero, con juntas suficientes.
Excelentes
condiciones. No presentan fallas
Calificacin B / Calificacin C: La mampostera es de calidad
media
y muestra alguna falla. Buena o regular condicin. Entre ms
fallas
presente y la calidad del material descienda, se acerca a
una
calificacin C.
Calificacin D: Mampostera de mala calidad lo mismo que el
mortero,
juntas insuficientes. Tienen un fuerte deterioro. Presenta ms
fallas que
las calificadas como B o C.
3. Resistencia convencional
En este parmetro se evala la fiabilidad de la resistencia que
puede
presentar la estructura ante cargas horizontales. Para la
zona
conurbada Veracruz-Boca del Ro, evaluaremos este punto de
acuerdo
a la calificacin obtenida en los parmetros 1 y 2 (Organizacin
del
sistema resistente y Calidad del sistema resistente)
Calificacin A: Estructura que recibi calificacin A en los
parmetros 1
y 2.
Calificacin B: Edificacin que obtuvo calificacin B en alguno de
los
dos parmetros.
Calificacin C: Estructura que tuvo Calificacin C en alguno de
los
parmetros 1 y 2.
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Calificacin D: Edificacin que recibi calificacin D en alguno de
los
dos parmetros.
4. Posicin del edificio y cimentacin
Este parmetro evala mediante una inspeccin a simple vista,
la
influencia del terreno y de la cimentacin.
Este criterio se obtiene con las coordenadas del sitio donde se
ubica la
estructura y basndonos en el Mapa de Microzonificacin Ssmica
(Williams at al, 2001) podemos ubicar la edificacin de la
siguiente
manera:
o Zona I: Suelo Firme
o Zona II: Dunas
o Zona III: Aluvial
De dichas zonas la mejor es la zona firme y la ms desfavorable
es la
zona aluvial.
Adems podemos ver la pendiente del terreno donde la edificacin
se
encuentre desplantada y con ello tomar un criterio.
Calificacin A: Edificacin que se encuentra desplantada en
suelo
firme. Adems el terreno donde est situada la estructura tiene
una
pendiente menor al 10%.No Presenta asentamientos.
Calificacin B: La estructura se encuentra en zona de Dunas.
Con
pendiente entre 10 % y 20%. Asentamientos despreciables.
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Calificacin C: La edificacin esta desplantada en zona de
Dunas.
Con pendiente entre 20 % y 30%. Asentamientos despreciables.
Calificacin D: La estructura sta situada en la zona Aluvial. Y
la
pendiente del terreno podra ser superior al 30%. (Automticamente
si
est ubicada en la zona Aluvial es calificacin D) Presenta
asentamientos.
5. Diafragmas horizontales
El diafragma o losa debe ser rgido en su plano y con muy
buena
conexin con los elementos verticales para que sea considerada
como
A. La rigidez es importante porque determina la magnitud de
las
deformaciones laterales.
La rigidez de la losa depende de factores como:
- El material utilizado
- Aberturas , que ocasionan la aparicin de zonas flexibles
dentro
de la losa
- Su relacin largo/ancho, en general con valores mayores a 3
puede considerarse flexible.
Calificacin A: Edificio con losa rgida. Conexin eficiente entre
el
diafragma o losa con el muro. Adems el rea de las aberturas de
la
losa es menor del 30 % del rea total en planta.
Deformabilidad
despreciable.
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Calificacin B/ Calificacin C: edificio con losa poco rgida y con
una
deformabilidad despreciable. Conexin poco eficiente.
Calificacin D: Edificio con losas pocas rgidas y mal conectada.
Tiene
aberturas en la losa mayor al 50% del rea total de la planta. Se
aprecia
deformabilidad en el diafragma.
6. Configuracin en planta
La configuracin en planta debe ser sencilla, ya que las
formas
complejas, irregulares o asimtricas causan un mal
comportamiento
cuando la estructura es sacudida por un sismo. Una geometra
irregular
provoca problemas de torsin.
Calificacin A: La configuracin en planta que favorece a una
estructura ante un evento ssmico es la forma cuadrada.
Calificacin B/ Calificacin C: Entre ms se aleja del cuadrado y
se
acerca a lo rectangular.
Calificacin D: Planta con forma de T, L o U sin juntas de
construccin.
Adems es necesario observar si la planta tiene entrantes o
salientes
que puedan afectarla. O si presenta aberturas en su sistema de
piso
con un rea considerable que de igual manera le provoque algn
problema. Esto ayudar a tomar un criterio de calificacin.
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7. Configuracin en elevacin
La geometra de la edificacin debe ser sencilla en elevacin.
Las
formas complejas, irregulares o asimtricas causan un mal
comportamiento cuando la edificacin es sacudida por un
sismo.
No debe existir una variacin muy grande de rigidez ni de peso
del piso
inferior al piso superior (Piso Blando). Lo ideal es que a
medida que el
edificio crece en altura la distribucin de masas vaya
disminuyendo.
Figura 10. Piso blanco
Figura 9. Configuracin en planta: sencillas y complejas
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Adems no debe haber interrupcin de elementos verticales que
provocan flexibilidad del piso, aumentando problemas de
estabilidad,
pero sobre todo, una acumulacin de energa en el piso dbil al
cambio
brusco de rigidez.
Calificacin A: Presenta una elevacin sencilla. No tiene variacin
de
rigidez. El piso inferior es ms fuerte que el piso superior.
Calificacin B/ Calificacin C: Si no clasifica como A o D. De
acuerdo
al criterio del evaluador.
Calificacin D: Elevacin compleja. El piso superior es ms fuerte
que
el piso inferior. Presenta piso blando.
Figura 11. Configuracin en elevacin: Sencilla y compleja
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8. Distancia mxima entre muros
Este parmetro tiene en cuenta el posible espaciamiento excesivo
entre
muros ubicados transversalmente a los muros maestros. La
clasificacin se define en funcin del factor L / S, donde S es el
espesor
del muro maestro y L es el espaciamiento mximo entre los
muros
transversales. (Ahumada et al, 2012)
Con esto podemos evaluar como:
Calificacin A: Edificio con L/S 15.
Calificacin B: Edificio con 15 L/S 18.
Calificacin C: Edificio con 18 L/S 25.
Calificacin D: Edificio con L/S 25.
9. Tipo de cubierta
En este parmetro se tiene en cuenta la influencia del tipo de
cubierta
en el comportamiento ssmico de un edificio. Factores como su
tipologa
y peso determinan dicho comportamiento. La inestabilidad se
refiere a
la falta de apoyo en uno de los extremos de la cubierta sobre
un
elemento estructural resistente, que puede ser un panel o una
viga de
soporte. Tampoco se considera estable si el apoyo es una viga
de
soporte muy esbelta y de poco peralte. (Ahumada et al, 2011)
Calificacin A: Cubierta ligera
Calificacin B/ Calificacin C: Losa aligerada
Calificacin D: Losa maciza
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10. Elementos no estructurales
Se intenta tener en cuenta el efecto de los elementos que no
forman
parte del esquema estructural resistente cuya cada pueda
provocar
vulnerabilidad funcional. Debido a que constituye un
parmetro
secundario que no provoca un aumento de la vulnerabilidad de
la
estructura, sino que incluye el efecto de un peligro colateral.
(Ahumada
et al, 2011)
Entre los daos en elementos no estructurales tenemos:
Rotura y volcamiento de voladizos, balcones, adornos, etc.
Cada de cielos falsos y fachadas
Rotura y volcamiento de muros de divisin, de rellenos.
Rotura de ventanales de vidrio
Desprendimiento de aleros
Instalaciones mal conectadas
Calificacin A / Calificacin B: Los elementos no
estructurales
externos estn anclados de manera eficiente y los internos son
estables
aunque no estn anclados, adems no interactan con la estructura.
No
presenta los daos antes mencionados.
Calificacin C: Los elementos son estables pero con anclajes
poco
fiables. Puede presentar algn dao indicado anteriormente.
Calificacin D: Estructura cuyos elementos tanto externos
como
internos son inestables y mal conectados. Adems presenta varios
de
los daos mencionados.
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11. Estado de conservacin
El estado de conservacin de una estructura puede comprometer
su
integridad y estabilidad frente a un evento ssmico, si no ha
sido objeto
de acciones de mantenimiento durante su vida til.
El Golfo de Mxico es castigado con problemas graves de corrosin
ya
que es considerada la segunda regin ms corrosiva del mundo:
despus del mar del norte en Noruega. Dentro de los estados del
Golfo,
Veracruz ocupa el puesto nmero dos, despus del estado de
Campeche.(UV,2005)
Con esto podemos decir que en cuanto a los problemas que
ocasiona la
corrosin en la industria de la construccin, se tiene plena
conciencia
de que el factor ms determinante para la reduccin en la
durabilidad
del concreto estructural es la falta de control de la corrosin
en los
aceros de refuerzo. En estructuras de mampostera con refuerzo
interior
pueden presentar corrosin en las varillas que proporcionan el
refuerzo.
Para poder calificar a una edificacin en cuanto a su estado
de
conservacin debemos tener en cuenta si ha sufrido daos debido a
la
corrosin, si presenta fisuras en la mampostera, si se nota que
ha
recibido mantenimiento.
Calificacin A: Mampostera en buenas condiciones, sin dao
visible.
El edificio recibe mantenimiento peridicamente. Si es
mampostera
con refuerzo interior o confinada, el acero de refuerzo no
presenta
corrosin ni estn expuestas las varillas. El sistema de piso est
en
buenas condiciones en cuanto a mantenimiento.
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Calificacin B/Calificacin C: Estructura que no clasifica como A
o D.
Mampostera con leve deterioro de los materiales y con
agrietamiento
de su espesor menor de 3mm.
Calificacin D: Mampostera que presenta un grave deterioro en
las
caractersticas fsicas de los materiales de construccin y con
agrietamiento de espesor superior a 3 mm. Si es mampostera
confinada o reforzada las varillas estn expuestas o se nota
manchas
debidas a corrosin. La losa presenta problemas de goteras
y/o
carbonatacin.
12. Efecto de sitio
En este parmetro se aplicar la prueba de vibracin ambiental
(Explicada en el Captulo 2 :Antecedentes) para obtener el primer
modo
de vibrar de la estructura y compararlo con el modo de vibrar
del suelo
en el cual se encuentra desplantada la edificacin, con el fin de
saber si
es posible que entren en resonancia debido a un sismo.
Para las zonas que se divide la zona conurbada Veracruz-Boca del
Ro,
Firme, Duna o Aluvial, se cuenta con la siguiente
informacin:
Zona I Firme:
Esta zona presenta periodos dominantes de vibracin de entre 0.00
a
0.19 segundos
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Zona II Duna:
Esta zona presenta periodos dominantes de vibracin de entre 0.20
a
0.39 segundos.
Zona III Aluvial:
En esta zona se presentan periodos mayor o igual a 0.40
segundos.
Si en algn edificio no se pudiera aplicar la prueba de
vibracin
ambiental para obtener el primer modo de vibrar de la
estructura
podemos usar alguna de las siguientes frmulas:
a) : 0.1
Dnde:
T: periodo fundamental en segundos.
N: nmero de pisos del edificio.
b) :
10030
+
2
1+30
Dnde:
T: Periodo propio (seg)
H: Altura total de la construccin sobre el nivel de referencia
en
metros.
L: Longitud total del edificio en la direccin estudiada en
metros
: Densidad de muros (rea de la seccin horizontal de los
muros/
rea de la planta baja) (m/m).
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Calificacin A: Estructuras en las cuales su primer modo de
vibrar no
coincide con el rango del periodo dominante de vibracin del
suelo en la
cual estn desplantadas, descartando as posibles problemas de
resonancia entre la edificacin y el suelo.
Calificacin B/ Calificacin C: Estructuras en las cuales su
periodo de
vibracin este cerca del que existe en la zona donde estn
cimentadas,
entre ms se aproxime a ese rango se acerca a C.
Calificacin D: Estructuras en las cuales su periodo de vibracin
cae
dentro del rango del periodo del suelo en que estn desplantadas,
con
lo cual favorece a potenciales problemas de resonancia
suelo-
estructura.
13. Cambio de uso
Este parmetro es importante, debido a que las estructuras
estratgicas deben ser diseadas para estar en pie despus de
un
evento ssmico y que desempeen su funcin de manera eficaz. En
la
etapa previa de la metodologa se identific que algunas de
las
edificaciones en un principio no fueron diseadas para cumplir
la
funcin que actualmente desempean y eso contribuya a sufrir
vulnerabilidad ante un sismo, o todo lo contrario si fueron
diseadas de
manera que no fuera vulnerable y ahora el cambio de uso no
afecte a la
nueva tarea a la que ha sido destinada la edificacin. Por esto
es
necesario saber si la estructura desde un principio fue diseada
para su
funcin o si sufri un cambio de uso.
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Para poder tener un criterio con el cual basarnos para calificar
este
parmetro, tenemos la clasificacin de las estructuras segn su
destino,
dicha clasificacin la establece CFE y es la siguiente: (CFE,
2008)
Grupo: A+
Las estructuras de gran importancia, o del Grupo A+, son
estructuras
en que se requiere un grado de seguridad extrema. Su falla
es
inadmisible porque, si se presenta, conducira a la prdida de
miles de
vidas humanas, a un grave dao ecolgico, econmico o social, o
bien,
impedira el desarrollo nacional o cambiara el rumbo del pas.
Son
estructuras de importancia extrema, como las grandes presas y
las
plantas nucleares.
Grupo: A
Estructuras en que se requiere un grado de seguridad alto.
Construcciones cuya falla estructural causara la prdida de un
nmero
elevado de vidas o prdidas econmicas o culturales de
magnitud
intensa o excepcionalmente alta, o que constituyan un
peligro
significativo por contener sustancias txicas o inflamables, as
como
construcciones cuyo funcionamiento sea esencial a raz de un
sismo.
Tal es el caso de puentes principales, sistemas de
abastecimiento de
agua potable, subestaciones elctricas, centrales telefnicas,
estaciones de bomberos, archivos y registros pblicos,
monumentos,
museos, hospitales, escuelas, estadios, templos, terminales
de
trasporte, salas de espectculos y hoteles que tengan reas de
reunin
que pueden alojar un nmero elevado de personas, gasolineras,
depsitos de sustancias inflamables o txicas y locales que
alojen
equipo especialmente costoso.
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Se incluyen tambin todas aquellas estructuras de plantas de
generacin de energa elctrica cuya falla por movimiento
ssmico
pondra en peligro la operacin de la planta, as como las
estructuras
para la transmisin y distribucin de energa elctrica.
Grupo: B
Estructuras en que se requiere un grado de seguridad
convencional.
Construcciones cuya falla estructural ocasionara prdidas
moderadas o
pondra en peligro otras construcciones de este grupo o del grupo
A,
tales como naves industriales, locales comerciales,
estructuras
comunes destinadas a vivienda u oficinas, salas de
espectculos,
hoteles, depsitos y estructuras urbanas o industriales no
incluidas en
el grupo A, as como muros de retencin, bodegas ordinarias y
bardas.
Tambin se incluyen todas aquellas estructuras de plantas de
generacin de energa elctrica que en caso de fallar por temblor
no
paralizaran el funcionamiento de la planta.
Con lo anterior podemos tomar un criterio ms slido, por ejemplo
si
vamos a evaluar una escuela, que segn CFE es parte del grupo
A,
pero originalmente fue una bodega, las cuales pertenecen al
grupo B,
entonces tendramos una estructura que ha sufrido un cambio de
uso y
que adems, cambio de categora, de una inferior a superior y
ha
tomado ms importancia debido al grado de seguridad que ahora
requiere por el nmero de vidas que podra perderse en caso de
un
sismo. Esto lo evaluaramos como D.
Calificacin A: La edificacin no ha sufrido cambio de uso, o si
sufri
pas de una clase superior a inferior.
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Calificacin B/ calificacin C: La estructura ha sufrido cambio de
uso
pero permaneci en la misma clase Entre ms se consider que se
alej de su uso inicial se considerar C.
Calificacin D: La edificacin ha sufrido cambio de uso, y
adems
paso de una clase inferior a superior.
4.2.1.2 Metodologa para estructuras a base de marcos
de concreto
Para estructuras a base de marcos de concreto se evaluarn
los
siguientes parmetros que son los que inicialmente evala la
metodologa original