proyecto estimación de pérdidas en edificios ubicados en méxico

PROYECTO FINAL Ingeniera de Riesgos Naturales

Luis Ernesto Pech Lugo

05/06/2014

Universidad Autnoma de Mxico

P g i n a | 1

ndice 1. Objetivo ................................................................................................................................................. 2

2. Instrucciones ......................................................................................................................................... 2

2.1 Amenazas consideradas ...................................................................................................................... 2

2.2 Exposicin ............................................................................................................................................ 2

2.3 Vulnerabilidad ..................................................................................................................................... 2

2.4 Riesgo .................................................................................................................................................. 2

3. Datos...................................................................................................................................................... 2

3.1 Amenazas ............................................................................................................................................ 2

3.2 Exposicin ............................................................................................................................................ 3

3.2.1 Ubicacin ...................................................................................................................................... 3

3.2.2 Caractersticas de los edificios .................................................................................................... 12

3.2.3 Clculo del Valor Fsico ............................................................................................................... 12

3.2.4 Clculo del Valor Humano .......................................................................................................... 14

3.2.5 Tabla resumen de valor fsico y humano .................................................................................... 14

3.2.6 Archivo Shape creado ................................................................................................................. 15

3.2.7 Archivos Shape creados .............................................................................................................. 16

3.3 Vulnerabilidad ................................................................................................................................... 17

3.3.1 FV Sismo - Prdidas Fsicas ......................................................................................................... 17

3.3.2 FV Sismo - Prdidas Humanas .................................................................................................... 21

3.3.3 FV Viento - Prdidas Fsicas ........................................................................................................ 25

3.3.4 FV Inundacin y Marea de Tormenta- Prdidas Fsicas ............................................................. 27

4. Resultados ............................................................................................................................................ 30

5. Conclusiones ........................................................................................................................................ 34

6. Referencias .......................................................................................................................................... 35

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1. Objetivo El estudiante aplicar los conocimientos adquiridos en clase para la obtencin de las prdidas fsicas y

humanas por diferentes amenazas naturales empleando Sistemas de Informacin Geogrfica y la

plataforma CAPRA.

2. Instrucciones Se considerarn los siguientes parmetros en la ejecucin de este proyecto.

2.1 Amenazas consideradas 1. Sismo

2. Viento

3. Inundacin

4. Marea de tormenta

2.2 Exposicin El estudiante crear una base de datos en un Sistema de Informacin Geogrfica (archivo shape) que

contendr 8 edificios, todos diferentes para cada alumno, con las siguientes ubicaciones:

2 edificios de la Facultad de Medicina

2 edificios del Espacio Escultrico ubicados en Ciudad Universitaria

2 edificios de la zona del lago de la Ciudad de Mxico (Zona de Tlatelolco)

2 edificios de la zona costera del puerto de Acapulco

Para determinar las caractersticas que definirn las funciones de vulnerabilidad y que conformarn la base

de datos a crear, el estudiante har tantas visitas como sean necesarias a los lugares donde se encuentren

los bienes expuestos (excepto aquellos localizados en Acapulco). Para aquellos bienes expuestos que se

localizan fuera de la Ciudad de Mxico, el estudiante podr utilizar herramientas como Google Maps,

Street View, etc.

2.3 Vulnerabilidad El estudiante definir las curvas de vulnerabilidad ssmica (fsicas y humanas) para cada una de las

edificaciones contenidas en su base de datos el mtodo que considere adecuado. Adems, definir las

curvas de vulnerabilidad para las otras amenazas empleando el mtodo que considere adecuado.

2.4 Riesgo El estudiante deber calcular:

1. Prdidas esperadas, humanas y econmicas, para los escenarios de las amenaza definidas.

2. Distribucin de probabilidad de prdidas fsicas para una intensidad ssmica igual a 500 gals para

cada uno de los bienes expuestos contenidos en su base de datos.

3. Datos 3.1 Amenazas Se usaron los siguientes archivos .AME para el anlisis:

Sismo

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AMESismo_Escenario.ame

Viento

AME VIENTO_Escenario.ame

AMEVientoTr100.ame

Inundacin

AME Inundacion Escenario.ame,

AMEInundacinTr100.ame

Marea de tormenta

AMEMarea.ame,

AMEMareaTr100.ame

3.2 Exposicin Primeramente, se procedi a seleccionar 2 edificios de cada una de las zonas indicadas.

3.2.1 Ubicacin

Facultad de Medicina

A partir del croquis de la Facultad de Medicina, se ubican los dos edificios seleccionados.

Croquis

Edificio 1 Edificio H Divisin de Estudios de Posgrado

Localizacin: 19.332704 N, 99.182641 O

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Fotos y descripcin general

La divisin de posgrado de la Facultad de Medicina de la UNAM se encuentra ubicada en el edificio H, en

el primer piso del ala este del edificio de unidad de posgrados. El edificio cuenta con 3 niveles, con una

altura total de 10m, y dimensiones en planta de 76mx19m. Posee un rea por nivel de 1444 m2. Su uso

principal es como cubculos y oficinas.

El sistema estructural est formado por marcos de concreto reforzado, tambin, posee pretiles y muros

divisorios de ladrillo.

Edificio 2 Edificio I Investigacin

Localizacin: 19.332676 N, 99.179220 O

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El edificio I de la Facultad de Medicina est formado por dos edificios de investigacin. El primero tiene un

rea en planta de 765m2 y consta de 7 niveles, con una altura total de 25m. El segundo est tiene un rea

de 144m2 en planta, consta de 9 niveles y tiene una altura total de 31m. Se considera que el edificio tiene

un uso de oficinas. Se observa que el sistema estructural son marcos de concreto reforzado.

Espacio Escultrico en Ciudad Universitaria

Edificio 3 Saln de Danza

Localizacin: 19.312798 N, -99.185219 O

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El edificio de danza se encuentra localizado al final del espacio escultrico, una parte del edificio cuenta

con un slo nivel y otra parte con 2 niveles, la altura por nivel es de 3.50m, y para fines del anlisis se

considerar un rea equivalente de 750m2 por nivel, considerndose 2 niveles, que provocan el efecto ms

desfavorable. El sistema estructural est formado por marcos de acero y el uso del edificio es de educacin.

Edificio 4 Sala Miguel Covarrubias y Sala Carlos Chvez

Localizacin: 19.313338, -99.185278

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Las salas Miguel Covarrubias y Carlos Chvez se encuentran ubicabas en un mismo edificio que colinda con

el caf del espacio escultrico, frente al foro Sor Juana Ins de la Cruz.

Es un edificio a base de marcos de concreto como sistema estructural, con un rea en planta de 2383 m2,

consta de 4 niveles con una altura total de 13m. El edificio tiene un uso cultural, albergando salas de

exposicin.

Zona del Lago de la Ciudad de Mxico

Edificio 5 Edificio Jos Ma. Morelos y Pavn

Localizacin: 19.453084, -99.146716

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El edificio Jos Mara Morelos y Pavn fue construido en 1963 sobre la Avenida Ricardo Flores Magn.

Mide 150m de largo por 9m de ancho con una altura total de 22m, posee 8 niveles y su uso es

exclusivamente residencial. Tiene marcos de concreto reforzado como sistema estructural. Algunos de los

edificios cercanos presentaban daos visibles por sismo, cmo desaplomo, asentamientos o descuadres

generados por distorsiones, sin embargo no se vea daado el edificio en anlisis.

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Edificio 6 Edificio Antonio Rosales

Localizacin: 19.452801, -99.144701


El edificio Antonio Rosales fue construido en 1966 con la fachada sur sobre la Av. Ricardo Flores Magn,

tiene 65m de largo, 20m de ancho y una altura total de 13m. El edificio posee 5 niveles estructurados a

base de marcos de concreto reforzado.

El edificio es de uso residencial y no presenta daos visibles debido a eventos ssmicos pasados.

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Zona Costera del Puerto de Acapulco

Edificio 7 Bodega Aurrer Costera

Localizacin: 16.857899, -99.892470


El Bodega Aurrer Costera se encuentra ubicado en la Avenida Costera Migue Alemn cerca del parque

Papagayo, a pocos metros del mar. La estructura es una nave industrial, con 6950m2 de rea en planta y

8m de altura en promedio, a base de marcos rgidos de acero como estructura principal y largueros como

estructura secundaria.

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Edificio 8 Hotel Elcano

Localizacin: 16.853668, -99.858223


Hotel Elcano se encuentra ubicado en la Av. Costera Migue Alemn a la altura del Club de Golf Deportivo,

el edificio mide 95m de largo por 15m de ancho, tiene 12 niveles y una altura total de 50m. Fue inaugurado

en el ao de 1958. Utiliza marcos de concreto reforzado como sistema constructivo principal.

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3.2.2 Caractersticas de los edificios Se presentan a continuacin una tabla resumen con las caractersticas principales de los edificios.

Edificio Nombre Latitud Longitud Zona rea por nivel (m2)

No. Niveles

Altura total (m)

Sistema Estructural

1 Divisin de estudios de posgrado

19.332704 -99.182641 Ciudad Universitaria 1444 3 10 MCR

2 Investigacin 19.332676 -99.17922 Ciudad Universitaria 765 7 25 MCR

2a Investigacin 19.332676 -99.17922 Ciudad Universitaria 144 9 31 MCR

3 Saln de Danza 19.312798 -99.185219 Espacio Escultrico 749.5 2 7 MA

4 Sala Miguel Covarrubias y Sala Carlos Chvez

19.313338 -99.185278 Espacio Escultrico 2383 4 13 MCR

5 Edificio Jos Ma. Morelos y Pavn

19.453084 -99.146716 Tlatelolco 1350 8 22 MCR

6 Edificio Antonio Rosales 19.452801 -99.144701 Tlatelolco 1300 5 13 MCR

7 Bodega Aurrer 16.857899 -99.89247 Costera Acapulco 6950 1 8 MA

8 Hotel Elcano 16.853668 -99.858223 Costera Acapulco 1425 12 50 MCR

* Notas: 1) MCR = Marcos de concreto reforzado 2) MA = Marcos de Acero

3.2.3 Clculo del Valor Fsico El clculo del valor fsico de cada edificio se realiz a partir del valor por m2 con la metodologa siguiente:

1. Se obtuvo el costo de construccin por m2 en funcin del tipo de edificio (uso) de una tabla

proporcionada por la Cmara Mxicana de la Industria de la Construccin (CMIC)1 del mes de mayo

del ao 2012 generada con informacin de la empresa BIMSA Reports. El costo por m2 incluye:

costo directo, costo indirecto, utilidad, licencias y costo del proyecto.

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2. Para ajustar el costo a la fecha actual se utiliz la calculadora de inflacin del sitio web del INEGI2,

contemplando de esta manera el costo aproximado que se tendra en abril de 2014.

3. Se procedi a determinar el valor de los contenidos a partir de multiplicadores de contenido

publicados por el Applied Technology Councyl (ATC-13,1985)3 a travs de la Federal Emergency

Management Agency (FEMA) del gobierno de los Estados Unidos. Estos multiplicadores

determinan el valor de los contenidos en base a porcentajes del costo base del edificio.

2 = %

4. Para obtener el valor fsico total por m2 se suman el costo de construccin y el costo de los

contenidos.

2 = +

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5. Por ltimo, para calcular el valor fsico total del edificio se multiplica el valor fsico total por m2 por

el rea total del edificio.

= 2

3.2.4 Clculo del Valor Humano El clculo del valor humano se realiza en base a valores de ocupacin recomendados por la FEMA en

septiembre de 20124, con la siguiente metodologa.

1. Se obtiene el nmero de personas por ft2 segn el tipo de edificio a la hora pico correspondiente

de la tabla del FEMA. Posteriormente, se convierte el rea a m2.

1002 = 92.9032

2. Para obtener el valor humano, se multiplica el nmero de personas por ocupacin por el rea total

del edificio y se divide entre 92.903m2.

=

92.9032

3.2.5 Tabla resumen de valor fsico y humano A continuacin, se presenta una tabla resumen con los valores fsicos y humanos calculados.

P g i n a | 15

Edificio rea Total (m2)

Uso Tipo Costo/m2 MC Valor fsico/m2

Valor fsico total FO Valor humano

1 4332 Educacin medio $ 6,735.73 0.45 $ 9,766.81 $ 42,309,801.23 12 559.55

2 5355 Oficinas/ Investigacin

medio $ 9,176.46 0.45 $ 13,305.87 $ 71,252,931.76 4 230.56

2a 1296 Oficinas/ Investigacin

medio $ 9,176.46 0.45 $ 13,305.87 $ 17,244,407.01 4 55.80

3 1499 Auditorio/ educacin

medio $ 7,185.04 0.45 $ 10,418.31 $ 15,617,052.39 12 193.62

4 9532 Auditorio/ teatro

medio $ 7,185.04 0.45 $ 10,418.31 $ 99,307,367.14 12 1231.22

5 10800 Residencial baja $ 5,440.69 0.49 $ 8,106.63 $ 87,551,569.00 3.1 360.38

6 6500 Residencial baja $ 5,440.69 0.49 $ 8,106.63 $ 52,693,073.93 3.1 216.89

7 6700 Comercial media $ 5,736.11 1.04 $ 11,706.26 $ 81,358,475.40 6 432.71

8 17100 Hotel alta $ 17,851.48 0.49 $ 26,598.70 $ 454,837,797.77 2.5 460.16

*Notas: 1) MC = Multiplicador de contenidos. 2) FO = Factor de ocupacin (No. de personas/92.03m2). 3) Para el clculo del valor fsico del Bodega Aurrer se consult a un Gerente de tienda Walmart, el cul dijo que en promedio se mantiene en stock 32 millones de pesos en mercanca para la tienda Bodega Aurrer Costera Acapulco, y 8 millones de valor del mobiliario. De esta forma, en base al rea total se pudo estimar el multiplicador de contenidos. 4) Para el archivo de exposicin de inundacin y marea de tormentas, no se consider el valor fsico de la estructura, nicamente se incluy el valor de los contenidos de acuerdo a las especificaciones del proyecto.

3.2.6 Archivo Shape creado Se presenta una imagen del archivo shape con la ubicacin y caractersticas de los edificios, creado en el

programa QGIS 2.2.0-Valmiera.

P g i n a | 16

3.2.7 Archivos Shape creados Se crearon los siguientes archivos shape de exposicin en el programa QGIS Valmiera Versin 2.2.0, los

cuales fueron empleados para el anlisis de riesgo en el programa CAPRA.

Sismo

Proyecto_final_sismo.shp

Viento

Proyecto_final_viento.shp

Inundacin

Proyecto_final_inundacion.shp

Marea de tormenta

Proyecto_final_marea.shp

P g i n a | 17

3.3 Vulnerabilidad La funcin de vulnerabilidad define la distribucin de probabilidad de las prdidas como funcin de la intensidad producida durante un escenario especfico, para lo cual es necesario definir las curvas que relacionan el valor esperado del dao y la desviacin estndar del dao con la intensidad del fenmeno amenazante. El dao se mide usualmente en trminos de la relacin media del dao RMD y corresponde en general al costo de reparacin de la estructura para llevarla a un estado equivalente al que tena antes de la ocurrencia del evento, medida como porcentaje de su valor de reposicin total. Se presenta el clculo de cada una de las funciones de vulnerabilidad.

3.3.1 FV Sismo - Prdidas Fsicas Las funciones de vulnerabilidad para sismo se determinarn de forma analtica con la expresin:

(|) = 1 0.5; = (

)

Donde:

=Distorsin asociada a una prdida del 50% del valor total de la estructura = Distorsin asociada a una seudoaceleracin = Parmetro en funcin del sistema estructural y fecha de construccin

El valor de corresponde al valor promedio entre la distorsin mxima de entrepiso y el valor de la

distorsin de servicio permitidas por las NTC-04.

= 0.012 + 0.006 = 0.009

El valor de vara entre 2 para estructuras muy flexibles (acero) y 7 para estructuras muy rgidas

(mampostera).

El valor de se calcula a partir de la expresin propuesta por Miranda:

=1234

2

42

Donde:

= Valor esperado de la aceleracin espectral 1 = Factor que permite la estimacin del desplazamiento lateral mximo en el nivel superior de la estructura a partir del desplazamiento espectral 2 = Factor para estimar la distorsin mxima de entrepiso a partir de la distorsin global de la estructura. 3 = Factor que define el desplazamiento inelstico a partir del desplazamiento elstico. 4 = Factor que define el cambio de la forma modal en el rango inelstico. = Periodo natural de vibrar de la estructura = Altura total del edificio

4 = 1 +

30+

200

Donde:

P g i n a | 18

=Nmero de niveles =Ductilidad global de la estructura

El clculo del periodo se realiz con la expresin propuesta en el Reglamento Colombiano de

Construccin Sismo Resistente (NSR-10)5:

=

Donde, y tienen los valores dados en la tabla A.4.2-1

Los factores 1, 2 y 3 se obtienen de las siguientes grficas:

A continuacin, se presenta una tabla resumen con los parmetros considerados en el clculo de las

funciones de vulnerabilidad para prdidas fsicas para cada edificio.

P g i n a | 19

Edificio Clculo Periodo Parmetros Betas de Miranda

Ct alfa T N H 1 2 3 4

1 0.047 0.9 0.3733 3 10 23 1.20 1.5 2 1.05 1.082 0.009 4

2 0.047 0.9 0.8516 7 25 23 1.25 1.5 3 1.00 1.135 0.009 4

2a 0.047 0.9 1.0335 9 31 23 1.25 1.5 3 1.00 1.145 0.009 4

3 0.072 0.8 0.3415 2 7 16 1.20 1.5 2 1.10 1.077 0.009 2

4 0.047 0.9 0.4728 4 13 23 1.22 1.5 2 1.00 1.120 0.009 4

5 0.047 0.9 0.7591 8 22 23 1.25 1.5 3 1.00 1.140 0.009 4

6 0.047 0.9 0.4728 5 13 23 1.22 1.5 3 1.00 1.125 0.009 4

7 0.072 0.8 0.3800 1 8 16 1.00 1.5 3 1.20 1.105 0.009 2

8 0.047 0.9 1.5892 12 50 23 1.28 1.5 3 1.00 1.160 0.009 4

Grficas de las Funciones de Vulnerabilidad para Prdidas Fsicas por S ismo

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

FV Fsica Sismo - Edificio 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 200 400 600 800 1000

RM

D

Sa (Gal)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 200 400 600 800 1000

RM

D

Sa (Gal)

FV Fsica Sismo - Edificio 2a

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


P g i n a | 20

En general, se puede hacer dos observaciones importantes a partir de las grficas anteriores:

1. Las prdidas para los edificios altos ocurren para aceleraciones menores que para los edificios de

baja altura. Es decir, la aceleracin a la cual se alcanza el 100% de las prdidas tiene una tendencia

inversa a la altura.

2. Los edificios con estructura de marcos de acero presentan una ductilidad apreciablemente mayor

que los edificios de concreto.

Aunque aparentemente los edificios altos deberan sufrir ms dao que los de menor altura, al considerar

la intensidad asociada al periodo fundamental de vibrar del edificio se ajusta el dao esperado a lo visto

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 200 400 600 800 1000

RM

D

Sa (Gal)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

FV Fsica Sismo- Edificio 6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

FV Fsica Sismo- Edificio 7

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 100 200 300 400 500

RM

D

Sa (Gal)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

Comparacin FV Fsicas Sismo

Edificio1

Edificio2

Edificio2a

Edificio3

Edificio4

Edificio5

Edificio6

Edificio7

Edificio8

P g i n a | 21

en la realidad, donde los edificios altos suelen ser los que tienen menos dao.

3.3.2 FV Sismo - Prdidas Humanas Las funciones de vulnerabilidad humana, de manera similar a las funciones de vulnerabilidad fsica, establecen el nmero de personas afectadas en funcin de algn parmetro de intensidad o del porcentaje de dao fsico obtenido. Estas funciones, se plantean usualmente en trminos del nmero esperado de vctimas mortales medidas en porcentaje con respecto al nivel de ocupacin del componente. El clculo de las funciones de vulnerabilidad para prdidas humanas por sismo se realiz mediante el

procedimiento propuesto en el Informe Tcnico ERN-CAPRA-T1-56, el cual se expone a continuacin.

El nmero de vctimas para el edificio i ubicado en la regin afectada por un terremoto j se puede calcular con la siguiente expresin:

= (%) (%) Donde:

Ocupantes: nmero total de personas en el edificio a la hora que ocurre el sismo . Atrapados: porcentaje de los ocupantes del edificio que quedan atrapadas con vida debajo de los escombros de la edificacin. Se obtiene de la Tabla 3-1. Fatalidad: Porcentaje del nmero de atrapados que eventualmente por el colapso o los daos en la edificacin. Se obtiene de la Tabla 3-1. FCj: Factor de Colapso, es una estimacin de la probabilidad de colapso de la estructura a partir del dao de esta, se calcula con la siguiente expresin:

= 1 0.5

Donde:

= ( [%]

30%)

3.5

Se resume la metodologa en la siguiente imagen tomada del Informe Tcnico ERN-CAPRA-T1-5:

P g i n a | 22

Se calcul el FC a partir del dao fsico, obtenindose la siguiente grfica.

Abajo, se presenta la Tabla 3-1 con el porcentaje de atrapados y de fatalidad en funcin del sistema

estructural del edificio, y una tabla con los parmetros para el clculo de las funciones de vulnerabilidad

humana de cada uno de los edificios en anlisis.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Fact

or

de

Co

lap

so (

%)

Prdida del Edificio (%)

FC

P g i n a | 23

Tabla de parmetros considerados para el clculo de las FV Humanas

Grficas de las Funciones de Vulnerabilidad para Prdidas Humanas por Sismo

Edificio Tipo

Estructural Ocupantes

(# personas) Atrapados Fatalidad

1 C2L 559.55136 30% 50%

2 C2M 230.5630604 30% 50%

2a C2M 55.80013563 30% 50%

3 S1L 193.6213039 2% 10%

4 C2M 1231.219659 30% 50%

5 C3M 360.3758759 30% 50%

6 C3M 216.8928883 30% 50%

7 BAL 432.7093851 7% 20%

8 C2H 460.1573684 30% 50%

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

FV Humana Sismo - Edificio 1

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

FV Humana Sismo - Edificio 2a

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


P g i n a | 24

En las grficas anteriores, se observa que las prdidas mximas esperadas para los edificios de concreto

reforzado son del 15% de la ocupacin al momento del evento ssmico mientras que las de los edificios de

acero son menores al 1.5%. Tambin, se observa que a mayor altura del edificio las prdidas humanas

totales se alcanzan con aceleraciones menores.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)


0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 500 1000 1500 2000

RM

D

Sa (Gal)

Comparacin FV Humanas Sismo

Edificio1

Edificio2

Edificio2a

Edificio3

Edificio4

Edificio5

Edificio6

Edificio7

Edificio8

P g i n a | 25

3.3.3 FV Viento - Prdidas Fsicas La modelacin del dao ante vientos huracanados se establece mediante funciones de vulnerabilidad

entre la velocidad de viento pico para rfagas y la Relacin Media de Dao (RMD) para las edificaciones,

los contenidos y la eventual prdida de funcionalidad. Para la evaluacin de la vulnerabilidad de la

edificacin ante vientos fuertes se requiere entonces informacin relativa al sistema estructural,

elementos de fachada, tipo de cubierta y el tipo de acabados susceptibles a sufrir dao.

Las funciones de vulnerabilidad para prdidas fsicas por viento sern tomadas de la base de datos del

programa ERN.Vulnerabilidad versin 2.0, obtenido del sitio web de CAPRA7, de acuerdo a las instrucciones

recibidas para la elaboracin de este proyecto. Se tomarn en cuenta la siguiente consideracin:

Para cada edificio se emplear la funcin de vulnerabilidad que ms se aproxime a las

caractersticas de este.

Antes de continuar, es importante recordar que para efectos de este proyecto no se considerarn las

prdidas humanas derivadas de daos ocasionados por viento, marea de tormenta ni inundacin.

Para obtener las grficas de FV de viento para cada edificio se seleccion la funcin ms adecuada de

acuerdo a la descripcin que se tiene en el programa, luego se copiaron los datos de la funcin a una hoja

de clculo de Excel y se graficaron.

Se presenta una tabla con la relacin entre los edificios y las FV elegidas.

* Debido a que en la base de datos del programa ERN.Vulnerabilidad la FV que ms niveles contempla es

la CS5 para 5 niveles, se usar esta FV para los edificios que tengan 5 o ms niveles, ya que, no se cuenta

con la metodologa empleada para el clculo de estas funciones y no se puede proponer adecuadamente

una modificacin a estas para poder considerar un nmero superior de niveles.

Grficas de las Funciones de Vulnerabilidad para Prdidas Fsicas por Viento

Edificio No.

Pisos Funcin de Vulnerabilidad

1 3 CS4 - Cubierta en concreto, fachada en mampostera, 4 pisos

2 7 CS5 - Cubierta en concreto, fachada en mampostera, 5 pisos *

2a 9 CS5 - Cubierta en concreto, fachada en mampostera, 5 pisos *





7 1 LF1 - Cubierta ligera, fachada flexible, 1 piso


P g i n a | 26

De la grfica de comparacin, se infiere que la relacin media de dao para un mismo sistema estructural

disminuye conforme aumenta la altura del edificio, esto es contrario a lo que se esperara, ya que la

velocidad del viento aumenta con altura y por lo tanto las presiones y las fuerzas inducidas sobre la

estructura tambin aumentan, lo que provocara un aumento en el dao esperado.

Una explicacin factible para el comportamiento observado es que mientras ms alto sea un edificio es

diseado para una velocidad de viento mayor, por lo que, si un edificio alto y un edificio bajo son sometidos

a una misma velocidad de viento, el edificio bajo sufrir mayores daos ya que ha sido diseado para una

velocidad de diseo de viento menor, siendo ms vulnerable.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 50 100 150 200

MD

R

Velocidad de rfaga (km/hr)

CS2 -Edificio 3

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 50 100 150 200

MD

R


CS4 - Edificios 1, 4, 6

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 50 100 150 200

MD

R


CS5 - Edificios 2, 2a, 5, 8

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 50 100 150 200

MD

R


LF1 - Edificio 7

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 50 100 150 200

MD

R


Comparacin FV Fsicas Viento

CS2

CS4

CS5

LF1

P g i n a | 27

3.3.4 FV Inundacin y Marea de Tormenta- Prdidas Fsicas Las curvas de vulnerabilidad por inundacin se realizarn tomando en cuenta las siguientes

consideraciones:

Para la estimacin de las prdidas nicamente se considerar el valor de los contenidos y no las

prdidas por socavacin o deslizamientos.

La medida de intensidad a considerar ser el tirante agua o la profundidad de inundacin.

Se emplearn las mismas FV para inundacin y para marea de tormenta.

Despus de analizar las FV para inundacin de la base de datos del programa ERN.Vulnerabilidad, se decide

utilizar la funcin C1 - Edificaciones prefabricadas de concreto de 1 piso como curva base para la

elaboracin de las FV de cada uno de los edificios.

Se observa que todas en todas las funciones propuestas en el programa antes mencionado se alcanza el

dao total del nivel a una altura de inundacin de 2.80m. La curva tomada como base se ajusta a una

funcin polinomial de tercer grado del tipo:

1() = 3 + 2 + +

Donde: t: es la profundidad o tirante de inundacin A partir de la curva de dao base para 1 nivel se pueden obtener curvas para cualquier nmero de niveles, extrapolando la funcin de dao de 1 nivel considerando que los valores y la densidad de contenidos se mantendrn constantes con el nmero de niveles. De esta manera, la expresin general para cualquier nmero de niveles y cualquier profundidad de inundacin es la siguiente.

= 1 ( 1) +1()

Donde: 1 : Dao mximo de la funcin para un nivel para la profundidad mxima

1(): Dao para una profundidad relativo sobre los niveles completamente

= ( 1) : Altura de entrepiso

= (

), nivel donde se encuentra la superficie de inundacin del agua

: Nmero total de niveles Grficas de las Funciones de Vulnerabilidad para Prdidas Fsicas por Inundacin y Marea

de Tormenta

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

RM

D

Tirante (m)

FV Fsica Inundacin - Edificio 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 5 10 15 20 25

RM

D

Tirante (m)


P g i n a | 28

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

RM

D

Tirante (m)

FV Fsica Inundacin - Edificio 2a

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7

RM

D

Tirante (m)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

RM

D

Tirante (m)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

RM

D

Tirante (m)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

RM

D

Tirante (m)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8

RM

D

Tirante (m)


0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

RM

D

Tirante (m)


P g i n a | 29

Se puede observar que los daos que se presenten en la estructura estarn relacionados directamente

con el tirante de agua de la inundacin, tambin se observa que a partir de los 2.80 m de altura el dao se

mantiene constante hasta que la altura del tirante alcanza la altura del siguiente nivel del edificio.

Se presenta un resumen con el nombre de las FV creadas en base a los datos anteriores, las cuales fueron

utilizadas para los anlisis en el programa CAPRA.

Sismo

FVSismo_Proyecto_final.dat

S_Edificio1_gal.fvu

S_Edificio2_gal.fvu

S_Edificio2a_gal.fvu

S_Edificio3_gal.fvu

S_Edificio4_gal.fvu

S_Edificio5_gal.fvu

S_Edificio6_gal.fvu

S_Edificio7_gal.fvu

S_Edificio8_gal.fvu

Viento

FV_Viento_Proyecto_final.dat

V_CS2_km_hr.fvu

V_CS4_km_hr.fvu

V_CS5_km_hr.fvu

V_LF1_km_hr.fvu

Inundacin

FVInund_Proyecto_final.dat

I_Edificio1_m.fvu

I_Edificio2_m.fvu

I_Edificio2a_m.fvu

I_Edificio3_m.fvu

P g i n a | 30

I_Edificio4_m.fvu

I_Edificio5_m.fvu

I_Edificio6_m.fvu

I_Edificio7_m.fvu

I_Edificio8_m.fvu

Marea de tormenta

FVMarea_Proyecto_final.dat

M_Edificio1_m.fvu

M_Edificio2_m.fvu

M_Edificio2a_m.fvu

M_Edificio3_m.fvu

M_Edificio4_m.fvu

M_Edificio5_m.fvu

M_Edificio6_m.fvu

M_Edificio7_m.fvu

M_Edificio8_m.fvu

4. Resultados Se presentan las siguientes tablas como resumen de los resultados obtenidos para las diferentes

amenazas.

Se observa que las mayores prdidas se presentarn en los edificios 7 y 8 localizados en la zona costera

de Acapulco, tambin se presentarn daos en los edificios de investigacin de la Facultad de Medicina 2

y 2a, y en el edificio Jos Ma. Morelos en la zona de Tlatelolco. Es importante destacar que en el hotel

Elcano de Acapulco se esperaran 8 muertos.

Amenaza -Sismo

Escenario - Subduccin Guerrero_SF4_M=8.28

Edificio PFT (Pesos)

PFRT PHT (Personas)

PRHT

1 $ 8,721.31 0.0002 0.0000 0.0000

2 $ 4,831,572.79 0.0678 2.3820 0.0103

2a $ 2,140,221.62 0.1241 1.8224 0.0327

3 $ 237,709.87 0.0152 0.0000 0.0000

4 $ 83,874.55 0.0008 0.0000 0.0000

5 $ 2,606,982.64 0.0298 0.2578 0.0007

6 $ 28,099.56 0.0005 0.0000 0.0000

7 $ 21,337,089.77 0.2623 1.3704 0.0032

8 $ 59,578,282.25 0.1310 8.5443 0.0186

Total $ 90,852,554.35 14.3769

P g i n a | 31

Amenaza -Viento

Escenario - HENRIETTE_30/08/2007


PFRT

1 $ - 0.0000

2 $ - 0.0000

2a $ - 0.0000

3 $ - 0.0000

4 $ - 0.0000

5 $ - 0.0000

6 $ - 0.0000

7 $ 1,583,048.53 0.0195

8 $ 1,272,725.52 0.0028

Total $ 2,855,774.05

Se esperan muy pocos daos para un escenario similar a Henriette, esto es de esperarse ya que la velocidad

mxima debido a esta amenaza ronda los 55 km/hr, slo se esperan prdidas en los edificios de la zona

costera de Acapulco.

Para un escenario con periodo de retorno de 100 aos se esperan prdidas importantes en los edificios de

la zona costera de Acapulco donde se tiene una prdida del 60% del valor fsico para la tienda Walmart,

esto debido a que es ms vulnerable al viento al estar construida con estructura de acero y acabados

flexibles y una prdida del 20% del valor fsico en el hotel Elcano. Se esperan daos importantes en los

edificios ubicados en la zona de Tlatelolco y en el saln de Danza del espacio escultrico.

Para las amenazas de inundacin se esperan daos prcticamente nulos en los edificios analizados, esto

debido a que los lugares con tirantes de agua importantes se encuentran lejos de las zonas de anlisis.

Amenaza -Viento

Escenario - VIENTO_TR100a


PFRT

1 $ 8,732,153.33 0.2064

2 $ 9,797,293.98 0.1375

2a $ 2,371,109.80 0.1375

3 $ 5,395,183.80 0.3455

4 $ 20,582,578.87 0.2073

5 $ 11,716,425.90 0.1338

6 $ 10,573,937.79 0.2007

7 $ 48,815,085.24 0.6000

8 $ 90,967,559.56 0.2000

Total $ 208,951,328.27

Amenaza -Inundacin

Escenario - NOT NAMED_16/09/1957


PFRT

1 $ - 0.0000

2 $ - 0.0000

2a $ 17.26 0.0000

3 $ - 0.0000

4 $ - 0.0000

5 $ - 0.0000

6 $ - 0.0000

7 $ - 0.0000

8 $ 24,435.12 0.0002

Total $ 24,452.37

Amenaza -Inundacin

Escenario - Inundacin TR100a


PFRT

1 $ - 0.0000

2 $ - 0.0000

2a $ - 0.0000

3 $ - 0.0000

4 $ - 0.0000

5 $ - 0.0000

6 $ 75.09 0.0000

7 $ - 0.0000

8 $ - 0.0000

Total $ 75.09

P g i n a | 32

Se observa que se esperan daos nulos para la marea de tormenta ya que el tirante que generara

escenarios de este tipo es de 10cm de altura en las zonas en estudio.

A continuacin, se presentan algunas imgenes de los resultados del anlisis realizado en el programa

CAPRA, a modo de ejemplo, ya que la escala aunada a los pocos puntos que se tienen en el estudio no

permiten tener una visualizacin adecuada de los resultados.

Prdidas fsicas totales por Sismo en la zona costera de Acapulco

Prdidas fsicas relativas por Sismo en la zona de Ciudad Universitaria y Tlatelolco

Amenaza -Marea de Tormenta

Escenario - MAREA PACFICO Escenario


PFRT

1 $ - 0.0000

2 $ - 0.0000

2a $ - 0.0000

3 $ - 0.0000

4 $ - 0.0000

5 $ - 0.0000

6 $ - 0.0000

7 $ - 0.0000

8 $ - 0.0000

Total $ -

Amenaza -Marea de Tormenta

Escenario - MAREA Escenario2


PFRT

1 $ - 0.0000

2 $ - 0.0000

2a $ - 0.0000

3 $ - 0.0000

4 $ - 0.0000

5 $ - 0.0000

6 $ - 0.0000

7 $ - 0.0000

8 $ - 0.0000

Total $ -

P g i n a | 33

Prdidas humana totales por Sismo en la zona costera de Acapulco

Prdidas fsicas por Viento en la zona costera de Acapulco para un periodo de retorno de 100 Aos

P g i n a | 34

5. Conclusiones Se obtuvieron las siguientes conclusiones a partir de la realizacin de este proyecto:

El viento para un periodo de retorno de 100 aos, es la amenaza que se espera que ocasione ms

daos fsicos totales en los edificios analizados con un monto cercano a los 209 millones de pesos,

seguida por un evento de sismo con magnitud M=8.28 generado en la zona de subduccin en

Guerrero, donde se esperaran daos por 90 millones de pesos. Por su parte, los daos

ocasionados por inundacin son mnimos y no se esperan daos ocasionados por marea de

tormenta.

Las prdidas humanas fueron consideradas nicamente para la amenaza de sismo, donde se

esperaran 14 muertes, concentrndose poco ms de la mitad en la zona costera de Acapulco.

Para este estudio, se observ que las estructuras de acero en analizadas son ms vulnerables a

los efectos de viento que a los efectos ssmicos, ya que poseen un mayor porcentaje de prdidas

relativas.

Un mismo porcentaje de prdidas se alcanza primero para los edificios altos para aceleraciones

menores que para los edificios de baja altura. Es decir, la aceleracin a la cual se alcanza el 100%

de las prdidas tiene una tendencia inversa a la altura.

En base a las funciones de vulnerabilidad obtenidas para viento, se infiere que la relacin media

de dao para un mismo sistema estructural disminuye conforme aumenta la altura del edificio,

esto es contrario a lo que se esperara, ya que la velocidad del viento aumenta con altura y por lo

tanto las presiones y las fuerzas inducidas sobre la estructura tambin aumentan, lo que

provocara un aumento en el dao esperado. Una explicacin factible para el comportamiento

observado es que mientras ms alto sea un edificio es diseado para una velocidad de viento

mayor, por lo que, si un edificio alto y un edificio bajo son sometidos a una misma velocidad de

viento, el edificio bajo sufrir mayores daos ya que ha sido diseado para una velocidad de

diseo de viento menor, siendo ms vulnerable.

Para la realizacin de este proyecto se han considerado simplificaciones y se han omitido varios

aspectos, como el valor de la estructura para estimar las prdidas por inundacin y marea de

tormenta, por lo que los resultados obtenidos son nicamente con fines acadmicos y slo

reflejan de manera aproximada las prdidas que se esperaran obtener para las amenazas

consideradas en el anlisis.

La determinacin de las prdidas de una estructura ante un evento involucra muchas variables,

por lo que para su estimacin es necesario asumir ciertas simplificaciones que puedan facilitar el

anlisis sin comprometer o alterar de manera importante los resultados. En estudios de este tipo

el criterio se torna relevante, por lo que siempre hay que adoptar un criterio que nos evite caer

en la subjetividad, y siempre utilizar toda la informacin y los datos disponibles.

P g i n a | 35

6. Referencias

1 http://www.bideco.com.mx/tecnico/indices/valuadorm2constrBIMSA.pdf 2 http://www.inegi.org.mx/sistemas/indiceprecios/calculadorainflacion.aspx 3 http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/6226/12CAPITULO3.pdf?sequence=12 4 ATC, Seismic Perfomance Assesssment Building. Vol. 1, FEMA, California, Septiembre 2012. 5 NSR-10. Reglamento Colombiano de Construccin Sismo Resistente, Diario Oficial Repblica de Colombia, Marzo 2010. 6 ERN. Vulnerabilidad de Edificaciones e Infraestructura, Tomo I-Metodologa de Modelacin Probabilista de Riesgos Naturales. 7 http://www.ecapra.org/es/

proyecto estimación de pérdidas en edificios ubicados en méxico

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