A pesar de una larga historia de investigación y desarrollo en la ingeniería sísmica, la evaluación de riesgos ante desastres naturales es un concepto relativamente nuevo en muchos países. De ahí la importancia que tienen los modelos de evaluación modernos.
Contexto y Metodología de Evaluación de Riesgos Sísmicos
Este enfoque en la evaluación de riesgos ha sido liderado por proyectos como el del académico Matías Hube (UC), junto a Hernán Santa María, C. Álvarez y F., en colaboración con los investigadores Ernesto Ortiz, Mariana Labarca y David Hernández de la UC. Este proyecto se ha centrado en el estudio de las estructuras residenciales del país.
Análisis de Tipologías Residenciales
Entre los principales resultados obtenidos, se señaló que el 99.5% de las estructuras residenciales del país son casas y el 0.5% edificios. Además, el modelo mostró que el 82% de las estructuras residenciales se encuentran en zonas urbanas, donde se concentra el 86% de las viviendas. Para lograr estas estimaciones, el ingeniero Hernán Santa María explicó que se utilizaron datos de los censos de 2002 y 2012 para determinar el número, la tipología y la distribución de las viviendas.
A partir de esta información, se definieron 18 tipologías para clasificar las estructuras residenciales. La generación de modelos de exposición no es una tarea fácil, pero es fundamental para una evaluación precisa de la vulnerabilidad sísmica.
Diseño Sismorresistente de Edificaciones - Comparación Normas Latinoamérica (1/3)
Estimación de Funciones de Vulnerabilidad
La estimación de funciones de vulnerabilidad se obtuvo mediante el cálculo del costo medio y la desviación estándar debido al daño sísmico, producido por una cierta intensidad de evento sísmico. Esto se realizó para una tipología estructural específica que caracteriza la incertidumbre del costo de daño desde el punto de vista probabilístico, dada una intensidad sísmica que se asume aleatoria.
Evaluación de Daños en Elementos Estructurales y No Estructurales
El daño y su estimación se evaluaron tanto para los elementos estructurales como para los no estructurales. Los elementos estructurales incluyen componentes como columnas, vigas, losas aligeradas y placas, mientras que los elementos no estructurales abarcan tabiques, equipos, tuberías, instalaciones, vidrios, entre otros. Es importante destacar que dentro de la categoría de elementos no estructurales, el mobiliario adosado juega un papel significativo en la seguridad y la funcionalidad de los espacios tras un evento sísmico, y su vulnerabilidad debe ser considerada.
También se incluyen los costos derivados de las pérdidas parciales o totales de funcionalidad del sistema estructural, lo cual es crítico para una evaluación de riesgo completa. Este proceso permite la evaluación del riesgo de una estructura, un área o una región sometida a cierta amenaza sísmica.
Metodología "Probabilistic Seismic Vulnerability Tool" (PSVT)
El procedimiento para la obtención de las funciones de vulnerabilidad se explica mediante la teoría necesaria que fundamenta la metodología seguida por el programa “Probabilistic Seismic Vulnerability Tool” (PSVT) en su primera versión del año 2015.
Cálculo de Probabilidad Sísmica y Modelos de Comportamiento
El cálculo de la probabilidad sísmica se obtiene mediante Simulación Monte Carlo (SMC), aplicada a modelos de edificaciones simples de una o dos plantas. Esta simulación posibilita estimar la respuesta de las estructuras utilizando modelos de un grado de libertad no lineales.
La metodología adoptada permite evaluar el comportamiento de la estructura para una ductilidad permisible (μ), considerando un sistema de un grado de libertad (1GL). Esta decisión se basa en la deformación permisible y la capacidad de ductilidad que pueden alcanzar los materiales, así como en el detallado del diseño seleccionado.
Nuestro estudio se enfoca en las clases C1mck 1GL y C2 mckFy 1GL, predeterminadas en el programa PSVT.
- El modelo C1mck 1GL corresponde a un modelo lineal de 1GL que, mediante la inclusión del factor de coeficiente inelástico de deformación, estima el desplazamiento máximo lateral en el rango inelástico por simulación, para obtener finalmente las curvas de vulnerabilidad.
- El modelo C2 mckFy 1GL corresponde a un modelo inelástico de 1GL que utiliza un modelo de comportamiento histerético elastoplástico. A partir de la deformación de fluencia, la rigidez del sistema y la relación de rigidez (rigidez post-fluencia entre la rigidez en rango elástico), se obtienen los desplazamientos máximos inelásticos para, finalmente, mediante Simulación Monte Carlo (SMC), obtener la curva de vulnerabilidad.
Verificación del Desempeño y Cumplimiento Normativo
Para ilustrar el procedimiento de verificación de desempeño, se seleccionó una edificación común (vivienda) y un bloque típico de una edificación esencial (colegio). Ambas edificaciones corresponden a construcciones formales que cuentan con licencia de construcción y cuyo diseño ante cargas laterales se basa en la Norma Técnica E030 “Diseño Sismorresistente”.
Se ha generado el modelo de demanda sísmica, el modelo estructural para la simulación y su análisis hasta determinar las funciones de vulnerabilidad. Los resultados obtenidos muestran que las curvas de fragilidad dan un valor bajo o nulo de presentar una probabilidad de colapso, lo que cumple con la filosofía de diseño de la Norma Técnica E030 “Diseño Sismorresistente”.
La estimación de la curva de vulnerabilidad permite determinar el costo de reparación de las estructuras para un escenario de demanda sísmica. Dado el porcentaje de vulnerabilidad que alcanzaron las estructuras ante un escenario caracterizado por un valor máximo de aceleración (PGA), no se considera necesario reforzar las edificaciones analizadas en este estudio.
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