31 de octubre de 2018

Retos para la implantación de una política pública de aumento de la resiliencia

sísmica de la infraestructura escolar de México

Sergio M. Alcocer

Investigador Titular

IV C

ongreso

SRA-L

A 2

018

Proyecto INIFED-II-BM

Objetivo:

• Generar conocimiento basado en la evidencia, así como análisis deldesempeño estructural y no estructural de los edificios escolares másafectados en México por los terremotos del 7 y 19 de septiembre de 2017, conel fin de informar y documentar el proceso de recuperación.

En particular, el proyecto está diseñado para:

• Definir una estrategia de recuperación para infraestructura escolar.• Establecer una estrategia de reducción de vulnerabilidad sísmica para

infraestructura escolar nueva y existente que será intervenida.• Desarrollar una plataforma de información para evaluar el desempeño de

edificios en futuros eventos sísmicos.IV C

ongreso

SRA-L

A 2

018

Ambiente sísmico en México – principales eventos de subducción

IV C

ongreso

SRA-L

A 2

018

M8.2 Septiembre 7 – Sismo de Tehuantepec

• Sismo de mayor magnitud registrado en México

• Brecha sísmica de Tehuantepec –¿brecha asísmica?

• 23:49:18 h hora local (CST)• 14.85N, -94.11W, 58 km de

profundidad• Intraplaca – falla normal – 12 m

desplazamiento• Echado: 50-55 grados• Esfuerzos transferidos hacia arriba

y al NO• 700 km de CDMX• >25,370 réplicas (M6.1)IV

Congre

so S

RA-L

A 2

018

M7.1 Septiembre 19 –sismo de Puebla-Morelos

• 13:14:40 h hora local (CST)

• 18.4 N, 98.72W, 57 km de

profundidad

• Intraplaca – falla normal

• 120 km de CDMX

• 39 réplicas

IV C

ongreso

SRA-L

A 2

018

Efectos de sitio – de nuevo, pero distintos

IV C

ongreso

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018

Resumen del impactoCosto total – 2.5 mil millones de dólares, est.

Sept 7 Sept 19 Total

Fallecimientos 98 369(228 CDMX)

477

Vivienda – daño menor NA NA >83 000

Vivienda – daño moderado NA NA >46 100

Vivienda – por reconstruir NA NA >50 000

Escuelas – daño menor NA NA >12 788

Escuelas – daño moderado 2 600 2 460 6 856

Escuelas – por reconstruir 260 40 210

Salud 100 instalaciones de tamaño diferente

27 instalaciones de tamaño diferente

130

Monumentos históricos NA NA 2 000 +

18

0 0

00

19

85

4

IV C

ongreso

SRA-L

A 2

018

Apartados 6 y 7

- Daños que presenta el inmueble por Edificio o Área Exterior- Propuestas para Reconstrucción por Edificio o Área Exterior

Apartados 8 y 9

- Daños que presenta el inmueble por Edificio en Mobiliario, Equipo y Contenido- Propuestas para Reposición en el inmueble por Edificio en Mobiliario, Equipo y Contenido

Cédulas de Evaluación

IV C

ongreso

SRA-L

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018

• Para tener la clasificación completa de una estructura, es necesario completar la información restante como:

o Número de pisos (LR para un nivel, MR para 2 y 3 niveles y HR para 4 o más niveles). Las siglas LR, MR y HR se refieren a Low-Rise, Mid-Rise y High-Rise.

o Nivel de diseño sísmico PD (diseño pobre), LD (diseño bajo), MD (diseño medio) y HD (diseño alto).o Etc.

FR-FLEXIBLE ROOF; NO-NO IRREGULARITIES; LP-LONG PANEL; LO-LARGE OPENINIG; SF-STIFF FOUNDATION; NP-NO POUNDING; OS-ORIGINAL STRUCTURE; PC-POOR CONDITION; VC-VULNERABLE NON-STRUCTURAL COMPONENTS

Metodología de clasificación de escuelas GLoSI

IV C

ongreso

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Estructuras Regionales

Geometría

N L T H Apoyo Azotea

Tech

um

bre

lige

ra

6.00x5.30

1

6.00 5.30

2.50Techumbre apoyada

apoyada sobre largueros etálicos de secció C

Lámina acanalada6.00x6.00 6.00 6.00

6.00x8.00 6.00 8.00

Losa

de

co

ncr

eto

, co

n m

och

eta

exte

rio

r

6.00x5.30.

1

6.00 5.30

2.50

Techumbre apoyada sobre los muros transversales.

Mochetas de mampostería confinada.

Losa de Concreto

6.00x6.00 6.00 6.00

6.00x8.00 6.00 8.00

Losa

de

co

ncr

eto

6.00x5.30

1

6.00 5.30

2.50 Techumbre apoyada sobre los muros transversales.

Losa de concreto

6.00x6.00 6.00 6.00

6.00x8.00 6.00 8.00IV C

ongreso

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Distribución geográfica del daño

MEDIO GRAVE

NULO LIGERO

IV C

ongreso

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Tipos de dañoDaño en muros por tensión diagonal

Daño en contrafuertes

IV C

ongreso

SRA-L

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Secundaria “Gral. Heliodoro Charis Castro“, Juchitán

IV C

ongreso

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Secundaria “Gral Heliodoro Charis Castro“, Juchitán

U2, diseño 1970:Marcos metálicos prefabricados con muros de mampostería confinada

IV C

ongreso

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Secundaria Téc. 17, San Pedro Comitancillo

IV C

ongreso

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Secundaria Téc. 17, San Pedro Comitancillo

Daños, sismo 19 sep 2017 (fotos INIFED)

Edificios nuevos en la primaria “10 deabril”, ausencia de contrafuertes ycolocación de tinacos en la losa

IV C

ongreso

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Comportamiento numérico de edificios escolares

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sa/g

T (seg)

Espectros de Diseño Transparentes Regionales

ZONA C TERRENO I ZONA C TERRENO II ZONA C TERRENO III

ZONA D TERRENO I ZONA D TERRENO II ZONA D TERRENO III

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sa/g

T (seg)

Espectros de Diseño Modificados

ZONA C TERRENO I ZONA C TERRENO II ZONA C TERRENO III

ZONA D TERRENO I ZONA D TERRENO II ZONA D TERRENO III

Coeficiente de amortiguamiento: 5%

Coeficiente de sobreresistencia, RO: 2

Factor de redundancia, ρ: 0.8 para estructuras a base de marcos con una sola crujía. Para el sentido en donde se tengan dos o más

crujías, se empleó un valor de 1.25

Factor de irregularidad, FI

Factor de comportamiento sísmico, Q: 2

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Comportamiento numérico de edificios escolares

EI1 EI4

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Comportamiento cortante - desplazamiento

• Predice con más exactitud elcomportamiento identificandolos miembros y la zona de losmiembros que alcanzan estadoscríticos durante un sismo,tomando en cuenta losaspectos de no linealidad demiembros, elementos, zonas deelementos y de la estructura engeneral

Análisis No lineal

IV C

ongreso

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El Método N2 (utilizado para determinar el

desempeño) se resume en 8 puntos:

1) Recabar datos.• Estructura• Espectro de aceleración elástico.

2) Determinar espectros de demanda en formato AD.Determinar espectros elásticos en formato AD (aceleración-desplazamiento).= 24𝜋2 𝑎3) Realizar el análisis estático no lineal (push-over).

• Suponer la forma de desplazamiento 𝛷 .• Determinar la distribución vertical de fuerzas laterales.= 𝑀 𝛷 , 𝑖 = 𝑚𝑖 𝛷𝑖

0

2

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sa/g

T (seg)

Espectros de Diseño Transparentes Regionales

Comportamiento numérico de edificios escolares

IV C

ongreso

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Comportamiento numérico de edificios escolares

4) Determinar el sistema equivalente de 1GDL.

• Determinar masa m* 𝑚 ∗=𝑚𝑖 𝛷𝑖Nota: 𝛷𝑛 = . , n denota el nivel de la azotea.

• Transformar las cantidades del sistema de VGDL (Q) a cantidades del sistema de 1GDL (Q*)

∗= 𝛤 , 𝛤 = 𝑚 ∗σ𝑚𝑖 𝛷𝑖• Determinar de forma aproximada la curva elasto-plástica que relaciona fuerza-desplazamiento

-50000

0

50000

100000

150000

200000

-0.5 1.5 3.5 5.5 7.5 9.5 11.5 13.5

Co

rtan

te (

kg)

Desplazamiento (cm)

Curva de capacidad

IV C

ongreso

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Comportamiento numérico de edificios escolares

0

0.5

1

1.5

2

0 1 2 3

Sa (

g)

D (cm)

Espectro de capacidad del edificio

Curva de capacidadbilinealCurva de capacidad

Umbral cortante alprimer agrietamentoUmbral cortantemáximoUmbral cortanteúltimo

• Determinar la fuerza de fluencia Fy*, el desplazamiento de fluencia Dy*, y el periodo T*

∗= 𝜋 𝑚 ∗ 𝐷𝑦 ∗𝐹𝑦 ∗• Determinar el espectro de capacidad (aceleración contra desplazamiento)

𝑎 = 𝐹 ∗𝑚 ∗5) Calcular la demanda sísmica sobre el sistema de 1GDL.

• Determinar factor de reducción µµ = 𝑎𝑎𝑦0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Sa (

g)

D (cm)

Espectros elásticos de demanda y Espectro de capacidad del edificio

Curva de capacidad bilineal

Espectro Elástico (Zona D, TerrenoIII)Espectro Elástico (Zona D, TerrenoII)Espectro Elástico (Zona D, TerrenoI)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoIII)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoII)Espectro Elástico (Zona C, TerrenoI)T=0.138 s

IV C

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Comportamiento numérico de edificios escolares

Determinar el desplazamiento demandado = 𝐷 ∗= µ + µ − 𝐶∗ ∗< 𝐶= ∗≥ 𝐶

6) Determinar la demanda sísmica global sobre el sistema de VGDL.

• Transformar la demanda de desplazamiento del sistema de 1GDL a desplazamiento en la azotea del sistemade VGDL.𝐷𝑡 = 𝛤

7) Determinar las demandas sísmicas locales.

• Interpretar el desplazamiento en la azotea (Dt) del análisis estático no lineal realizado en el sistema de VGDL.

• Determinar cantidades locales (ejemplo: distorsiones de entrepiso, rotaciones, etc.), correspondientes con Dt.

IV C

ongreso

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A 2

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Comportamiento numérico de edificios escolares

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

-0.1 0.4 0.9 1.4 1.9 2.4 2.9

Sa (

g)

D (cm)

Desempeño de la estructura (en dirección X)Curva de capacidad bilineal

Espectro Elástico (Zona D, Terreno I)

Espectro Elástico (Zona C, Terreno II)

Espectro Elástico (Zona C, Terreno I)

Espectro Inelástico (Zona D, Terreno III)

Espectro Inelástico (Zona D, Terreno II)

Espectro Inelástico (Zona C, Terreno III)

Punto de desempeño (Zona D, Terreno I)

Punto de desempeño (Zona C, TerrenoIII)Punto de desempeño (Zona C, Terreno II)

Punto de desempeño (Zona C, Terreno I)

Umbral del citerio de aceptaciónOcupación Inmediata (SEAOC)Curva de capacidad

8) Evaluar el desempeño de la estructura.

• Determinar el nivel de desempeño local y global de la estructura, comparando las demandas sísmicas locales y

globales con la curva capacidad pertinente.

IV C

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Resumen de resultados Material de la

estructura

Edificios índice

Dirección

Zona C Zona D

Tipo de terreno Tipo de terreno

I II III I II III

Mampostería

EI1 X OI OI DM OI x x

Y OI OI OI OI x x

EI2 X OI DM x OI x x

Y OI OI OI OI x x

EI3 X OI DS x OI/DM x x

Y OI OI OI OI x x

EI4 X OI x x OI/DM x x

Y OI OI OI/DM OI x x

Concreto

EI5 X OI/DM x x DS x x

Y OI x x OI/DM x x

EI6 X DM x x x x x

Y DM x x x x x

EI7 X OI/DM DS x DM x x

Y DM x x x x x

EI8 X OI OI OI OI OI DM

Y OI OI OI OI OI/DM DM/DS

EI9 X OI OI OI OI OI DM

Y OI OI OI OI OI OI

Comportamiento numérico de edificios escolares

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Edificios índice, EI, estudiados numéricamente

• EI1R - Regional 6 x 8 (C) 1 AULA, ZONAS SÍSMICAS C Y D, CONTRAFUERTES, REHABILITADA CON ENCAMISADO DE MUROS

Taxonomía - CM/ LR/ MD/ RR/ NO/ LP/ LO/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC

• EI4R - Regional 6 x 8 (C) 4 AULAS, ZONAS SÍSMICAS C Y D, CONTRAFUERTES, REHABILITADA CON ENCAMISADO DE MUROS

Taxonomía - CM/ LR/ MD/ RR/ NO/ LP/ LO/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC

• EI5R - U1C (70), (85, 2011), ZONAS B, C Y D,REHABILITADA CON MUROS DE CONCRETO Y MAMPOSTERÍA

Taxonomía - RC2/ LR/ LD/ RR/ NO/ LP/ SW/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC

• EI6R - U2C (70), (85, 2011), ZONAS B, C Y D, REHABILITADA CON MUROS DE CONCRETO Y MAMPOSTERÍA

Taxonomía - RC2/ MR/ LD/ RF+RR/ NO/ LP/ SW/ SF/ NP/ RS/ GC/ VC

IV C

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Curvas de capacidad de EI5 y EI5R, dirección X

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

0 2 4 6 8 10 12 14

Co

rtan

te (

kg)

Desplazamiento (cm)

Curva de capacidad

U1-C Rehabilitada (Planos 1981) U1-C (Planos 1981)

MODELO U1-C (PLANOS 1981)

REFORZADA CON MUROS DE CONCRETO

IV C

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Desempeño sísmico EI5 (U1-C, 1981)

Zonas sísmicas C y DDirección X

IV C

ongreso

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Desempeño sísmico EI5R (U1-C, 1981)

Zonas sísmicas C y DDirección X – muros de concreto • Resistencia EI5R (direcciones X y Y) superior a la demanda

• Cumple con la condición de OI

IV C

ongreso

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

IV C

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Impacto de los sismos de 2017

Estructuras atípicas Bardas - Guía para el diseño, construcción, supervisión y mantenimiento de

bardas de escuelas .

Reducción incremental del riesgo

Estrategia de reducción incremental del riesgo en escuelas

Evaluación post-sísmica

Guía y manual para evaluación post-sísmica de la seguridad estructural deescuelas IV

Congre

so S

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Rehabilitación sísmica

Guía y manual para la rehabilitación sísmica de escuelas.

Escuelas nuevas

Actualización de las Normas Técnicas del INIFED relativas a la seguridadestructural

Construcción y supervisión de la construcción

Guía para la construcción y supervisión de la construcción de escuelas

IV C

ongreso

SRA-L

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Mantenimiento y modificaciones inapropiadas

Guía para el mantenimiento y la conservación de construccionesescolares

IV C

ongreso

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Reflexión final

• Continuar los esfuerzos para desarrollar las capacidades humanas, normativas, organizacionales, financieras, entre otras, en INIFED y organismos estatales para reducir el riesgo sísmico de escuelas.

• Urgente necesidad de diseñar y contar con cuadros técnicos capacitados y en cantidad suficiente para atender la problemática de la infraestructura escolar. Esto incluye a especialistas en diseño, construcción, supervisión, mantenimiento y operación. De preferencia, estos especialistas deben ser ingenieros civiles o equivalentes.

• Implantar un programa de reducción del riesgo e incremento de la seguridad y resiliencia de las escuelas, con énfasis en la prevención.

IV C

ongreso

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31 de octubre de 2018

Retos para la implantación de una política pública de aumento de la resiliencia

sísmica de la infraestructura escolar de México

Sergio M. Alcocer

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