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LOS GRANDES TERREMOTOS AMERICANOS DEL AÑO 2010 ENSEÑANZAS PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN SÍSMICA Raul Bertero Laboratorio de Dinámica de Estructuras FIUBA LOS GRANDES TERREMOTOS AMERICANOS DEL AÑO 2010 Magnitud Mw Fecha y hora Tipo de Falla Profundidad del epicentro Distancias al epicentro HAITI 7.0 12 de Enero 2010 – 04:53 PM Falla de desgarre (“strike-slip”) donde la Placa del Caribe se desplaza 20 mm por año en relación con la Placa Norteamericana. Longitud de ruptura: 65 km con un desplazamiento medio de 2 m. MAULE – CHILE 8.8 27 de Febrero 2010 – 03:34 AM Falla inversa(“thrust”) causada por la subducción de la Placa de Nazca por debajo de la Placa Sudamericana (80 mm por año). Longitud de ruptura: más de 700 km con un desplazamiento medio de 7 m. 13 km 35 km Puerto Príncipe, Haití 25 km SE de Miami, Florida, USA 1125 km Población afectada por el terremoto (Intensidad de Mercalli Modificada ≥ VIII) Muertos Personas sin hogar luego del terremoto Chillan, Chile Concepción, Chile Talca, Chile Santiago, Chile Buenos Aires, Argentina 95 km 105 km 115 km 335 km 1350 km HAITI MAULE - CHILE 3,100,000 5,540,000 300,000 1,000,000 521 800,000 10 TERREMOTOS DE MAYOR INTENSIDAD EN LOS ÚLTIMOS 100 AÑOS DATE LOCATION NAME MAGNI TUDE May 22, 1960 Valdivia, Chile 1960 Valdivia earthquake 9.5 1964 Alaska earthquake 9.2 2004 Indian Ocean earthquake 9.1 Prince William March 27, 1964 Sound, Alaska, USA Indian Ocean, December 26, 2004 Sumatra, Indonesia November 4, 1952 Kamchatka, Russia 1952 Kamchatka earthquakes 9.0 March 11, 2011 Pacific Ocean, Tōhoku region, Japan 2011 Tōhoku earthquake 9.0 February 27, 2010 Maule, Chile 2010 Chile earthquake 8.8 Rat Islands, Alaska, 1965 Rat Islands earthquake USA Assam, India – August 15, 1950 1950 Medog earthquake Tibet, China Andreanof Islands, 1957 Andreanof Islands March 9, 1957 Alaska, USA earthquake February 4, 1965 March 28, 2005 Sumatra, Indonesia 2005 Sumatra earthquake 8.7 8.6 8.6 8.6 TERREMOTOS CON MÁS DE 100,000 MUERTOS EN LA HISTORIA DEATH TOLL EVENT LOCATION DATE 1 830,000 1556 Shaanxi earthquake China January 23, 1556 2 300,000 2010 Haiti earthquake Port au Prince, Haiti January 12, 2010 3 242,419 1976 Tangshan earthquake China July 28, 1976 4 250,000 526 Antioch earthquake Antioch, Byzantine Empire (now Turkey) 05 May 526 5 235,502 1920 Haiyuan earthquake China December 16, 1920 6 230,210 2004 Indonesian earthquake Indonesia December 26, 2004 7 230,000 1138 Aleppo earthquake Syria October 11, 1138 8 200,000 856 Damghan earthquake Iran December 22, 856 9 150,000 893 Ardabil earthquake Iran March 23, 893 10 142,000 1923 Great Kanto earthquake Japan September 1, 1923 11 123,000 1908 Messina earthquake Italy December 28, 1908 12 110,000 1948 Ashgabat earthquake Turkmen SSR, Soviet Union (now Turkmenistan) October 5, 1948 13 100,000 1290 Chihli earthquake China September 27, 1290 LOS GRANDES TERREMOTOS AMERICANOS DEL AÑO 2010 Introducción Mitología Ingeniería Tectónica de placas Magnitud e Intensidad Peligro sísmico y riesgo sísmico Principales características geológicas de los terremotos de Haití y Chile Población afectada por el terremoto e intensidades Efectos sobre las estructuras Haití – Colapsos Chile - Función Conclusiones y recomendaciones Mitología antigua Aristotle believed that earthquakes were caused by subterranean winds. (Book illustration) Beating the catfish which caused the 1855 Tokyo earthquake. (Japanese woodblock print, 19th c.) INGENIERÍA CIVIL Falla superficial – El Asnam EQ 1980 M=7.2 Placas tectónicas Epicentros 1963-1998 Magnitud de un terremoto La magnitud Mw es un número adimensional definido por M w 2 3log10 M 0 10.7 M0 = energía liberada en el terremoto medida en 10-7 Nm. La diferencia de energía entre dos magnitudes= 103 2( M1M 2 ) Un sismo de Mw=8.8 libera 500 veces más energía que un sismo de Mw=7.0 Magnitud de un terremoto Un sismo de Mw=8.8 libera 500 veces más energía que un sismo de Mw=7.0 Energía liberada M 0 F u A Qué controla el nivel del movimiento en un sitio dado? Magnitud Más energía liberada Distancia Movimiento se amortigua con la distancia Tipo de suelo en el sitio Amplifica o reduce el movimiento PELIGRO SÍSMICO Intensidades de Mercalli Modificada GRADO CARACTERISTICAS DEL SISMO 1 Registrado solamente en los instrumentos 2 Sentido solamente por individuos que descansan 3 Sentido por algunos solamente. Parcialmente percibido 4 Ampliamente percibidos ,platos y otros objetos tintinean 5 Los objetos colgantes oscilan, muchos se despiertan Ligeros daños en edificios y ligeras grietas en los revestimientos Grietas en los revestimiento, se rajan paredes y chimeneas Amplias grietas en obras de albañilería, parte de rimotes , piráculos y cornisas se caen Pánico generalizado, en algunos edificios se derrumban techos y paredes, corrimiento de tierra Destrucción generalizadas de edificios, grietas en el terreno de hasta 1 m de ancho Catástrofe, daños graves deformación del suelo , corrimientos y caídas de rocas Cambios en el paisaje y se destruye todo 6 7 8 9 10 11 12 Intensidad de MM terremoto de Caucete (San Juan – 1977) Qué controla el nivel de daño en un sitio dado? (Riesgo sísmico) Riesgo Sísmico = Peligro sísmico x Vulnerabilidad INGENIERIA CIVIL Longitud de la falla (en la misma escala) HAITI Longitud de ruptura: 65 km con un desplazamiento medio de 2 m. CHILE Longitud de ruptura: más de 700 km con un desplazamiento medio de 7 m. Color indica intensidad instrumental Población afectada por el terremoto y IMM Población afectada por el terremoto (Intensidad de Mercalli Modificada ≥ VIII) Muertos Personas sin hogar luego del terremoto HAITI MAULE - CHILE 3,100,000 5,540,000 300,000 1,000,000 521 800,000 Puerto Príncipe, 700,000 habitantes a solo 25 km del epicentro. Concepción, Chillan y Talca del orden de los 200,000 habitantes cada una a unos 100 km del epicentro del terremoto del Maule. IMM alcanzaron intensidades de IX en Puerto Príncipe y VIII en las ciudades de Chile Nivel de aceleraciones Las aceleraciones pico en suelo firme en Puerto Príncipe y en las ciudades importante de Chile fueron del mismo orden (0.30 g) Diferencias en la diseño y construcción sísmicas Haití es el país más pobre de América, con una gran proporción de viviendas autoconstruidas sin ingeniería ni reglamentos sísmicos aplicables. Chile, considerado un país desarrollado en relación con su nivel de preparación y construcción sismorresistente. Norma NCh433 (1996), “Esta norma está orientada a lograr estructuras que: a) resistan sin daños movimientos sísmicos de intensidad moderada; b) limiten el daño a elementos no estructurales durante sismos de mediana intensidad; y c) aunque presenten daños, eviten el colapso durante sismos de intensidad excepcionalmente severa.” La existencia de un reglamento sísmico (en su concepción actual e incluyendo una inspección responsable de la construcción) resulta adecuada para minimizar el número de víctimas y evitar colapsos, pero es insuficiente para limitar los daños a niveles que resulten tolerables para las expectativas y necesidades de los habitantes. Efectos sobre las estructuras Haití Efectos sobre las estructuras Haití Colapso de 250,000 viviendas y edificios 28 % de los edificios del centro de P. Príncipe completamente destruidos Leogane (a la misma distancia del epicentro pero de inferior condición económica) 62% de las viviendas completamente destruidas El 89% de las víctimas fatales en construcciones con columnas y losas de hormigón armado con cerramientos de bloques de hormigón no reforzados Viviendas con columnas y losas de hormigón armado alivianadas con bloques a) Mezcla de muy mala calidad y resistencia b) bloques de hormigón muy cerca de las columnas reduciendo la resistencia al punzonado c) muros de bloques internos y externos sin armadura de refuerzo, construidos después de la estructura de hormigón, incrementando la masa de la estructura sin aportar a la resistencia de la misma. Viviendas con columnas y losas de hormigón armado alivianadas con bloques a) columnas cuadradas de pequeñas dimensiones (20 a 25 cm de lado) reforzadas con 4 barras de 12 mm (en muchos casos de acero liso) con estribos de 6 mm separados entre 20 y 25 cm (es decir, columnas no confinadas sin ductilidad) Efectos sobre las estructuras Haití Efectos sobre las estructuras Haití Efectos sobre las estructuras – Haití - Conclusiones El número de víctimas del terremoto de Haití podría haber sido reducido a los niveles del terremoto de Chile, si la tipología estructural, las dimensiones de los elementos y las prácticas del detallado y construcción hubieran sido las adecuadas para resistir movimientos sísmicos de gran intensidad. Pero es de esperar que se vuelvan a repetir en otras ciudades de países en vías de desarrollo en todo el mundo, particularmente en los sectores más pobres de esos centros urbanos, si no se implementa una rápida acción para la educación de los profesionales y, particularmente, de quienes efectivamente construyen las viviendas de los sectores de menores recursos (la mayoría de las veces producto de la autoconstrucción en la migración interna de sectores empobrecidos hacia las grandes ciudades). Efectos sobre las estructuras Haití La sufrida población de Haití está reconstruyendo sus viviendas actualmente, con los mismos procedimientos y detalles anteriores al devastador terremoto de enero de 2010 Efectos sobre las estructuras - Chile Chile utiliza tabiques de hormigón armado. Elogiado por su efectividad en evitar el colapso de los edificios sin depender crucialmente de los detalles de armado, como ocurre con las estructuras aporticadas . El diseño chileno se basa en proporcionar una cantidad de tabiques tal que la relación del área de tabiques de hormigón respecto de la superficie de la planta sea mayor al 3% la estructura. La resistencia es suficientemente elevada como para minimizar los requerimientos de ductilidad y por lo tanto los niveles de daño estructural Efectos sobre las estructuras - Chile El comportamiento de los edificios fue exitoso en cuanto a evitar víctimas: 9,974 Edificios 3 o más plantas --- 4 colapsos y 50 debieron ser demolidos --- 0.5 % 1,939 Edificios 9 o más plantas --- edificios colapsados o demolidos --- 2.8 % Capacidad de la construcción de seguir prestando la función para la cual fue diseñada? En construcciones de una o dos plantas, 800,000 personas quedaron sin hogar luego del terremoto como consecuencia de los daños a sus viviendas. Es decir que el número de personas que debieron abandonar sus hogares fue, notablemente, del mismo orden que la de los afectados por el terremoto de Haití. Efectos sobre las estructuras – Chile – Energía, Comunicaciones, Escuelas Corte de energía eléctrica que afectó al 93% de la población del país y que continuó en algunas localidades durante varios días De acuerdo con la Presidente Michelle Bachelet, la salida de servicio de las comunicaciones impidió la rápida reacción del gobierno para impedir el caos y los desmanes que asolaron las zonas afectadas en los días siguientes al terremoto El nuevo presidente chileno, Sebastián Piñera, estimó en 30,000 millones de dólares los costos de la reconstrucción de Chile, una cifra aproximadamente igual al total del presupuesto de Chile de un año Más de 1,2 millones de estudiantes no pudieron iniciar el año escolar 2010 porque sus colegios resultaron destruidos o severamente dañados por el terremoto, principalmente en las regiones de Bío Bío y Maule Efectos sobre las estructuras – Chile - Hospitales De un total de 100 hospitales existentes en la región afectada (los cuales deben continuar funcionando, precisamente, en el caso de un terremoto), 17 deben ser completamente reconstruidos, 8 sufrieron daños mayores y 54 requieren reparaciones menores. En muchos casos los hospitales debieron ser evacuados, debido a los daños no estructurales y a los equipos e instalaciones Efectos sobre las estructuras – Chile – Rutas y Aeropuertos Las comunicaciones terrestres entre Santiago y Concepción se vieron dificultadas por las fallas en algunos de los puentes a lo largo de la ruta. Varios puentes cayeron porque sus apoyos no fueron diseñados con una longitud mayor que la capacidad de desplazamiento de los pilares adyacentes Efectos sobre las estructuras – Chile – Rutas y Aeropuertos En puentes modernos construidos después de mediados de los años 90, las fallas se debieron a la falta de integridad de los mismos debido a la ausencia de diafragmas y “stopper” efectivos de los desplazamientos transversales. Los puentes construidos anteriormente a la década del 90, basados en la práctica original de Chile que comprendía la utilización de diafragmas, no sufrieron daños importantes. Efectos sobre las estructuras – Chile - Conclusiones Si bien las prácticas de diseño y construcción en Chile parecen haber resultado exitosas en minimizar la cantidad de colapsos y por lo tanto de muertes, resultaron insuficientes para limitar los daños a niveles aceptables para la sociedad, así como para asegurar el estado operativo de instalaciones esenciales como hospitales, telecomunicaciones, energía, puentes principales y carreteras (aún en los casos de infraestructura moderna). Estas conclusiones no son exclusivas de Chile sino que son aplicables a la mayoría de los reglamentos sísmicos actualmente en vigencia. Enseñanzas para el diseño y la construcción sísmica a) Instalaciones esenciales (hospitales, telecomunicaciones, energía, puentes principales, aeropuertos) que deben continuar operativas inmediatamente después de un terremoto; b) Edificios convencionales diseñados y construidos por profesionales de nivel estándar; y c) Viviendas sin ingeniería o de autoconstrucción habitualmente en asentamientos precarios. Instalaciones esenciales El mero incremento de las fuerzas de diseño se ha demostrado completamente insuficiente e inconveniente para asegurar el comportamiento continuo de las instalaciones esenciales luego del terremoto. Ejemplo, los hospitales, que debieron ser evacuados debido a los daños en instalaciones y equipos aún cuando la estructura resistió con daños menores fuerzas sísmicas significativamente mayores que las de diseño. Instalaciones Esenciales - Diseño sísmico basado en la performance NIVELES DE PERFORMANCE SISMICA Servicio Operacional Seguridad de Vida Colapso próximo NIVEL DEL SISMO DE DISEÑO Frecuente (10 años) Performance Inaceptable (para construcciones nuevas) Ocasional (50 años) Raro (500 años) Muy raro (1000 años) Ins tal ac Ins tal ac ion es Cr ion es ític as Ob jet ivo sB ás ico s Es en cia les Edificios convencionales El estudio de las fallas en edificios de vivienda convencionales mostró que las mismas se debieron mayoritariamente a la ignorancia de conceptos o detalles sismorresistentes bien establecidos en el mundo académico, o bien a errores humanos de los profesionales de diseño, construcción e inspección. a) Educación continua y certificación de los profesionales de diseño y construcción; b) la implementación de una inspección municipal adecuadamente capacitada y exhaustiva de las construcciones sismorresistentes y de su mantenimiento c) el desarrollo de un reglamento sísmico gráfico y simplificado, complementario del reglamento principal, que pueda fácilmente ser utilizado por los profesionales de formación estándar en el caso de edificios de tamaño y altura limitados Viviendas sin ingeniería o de autoconstrucción en asentamientos precarios Hasta tanto el desarrollo económico permita que ese tipo de construcciones y asentamientos sea convertido en un programa habitacional con sentido urbanístico y social, es urgente transformar la tradición constructiva local por un conjunto de procedimientos, también económicos y utilizando los materiales y procedimientos locales, pero que aseguren la minimización de los daños en caso de terremotos de gran intensidad. Es necesario desarrollar y luego distribuir en forma gratuita manuales prescriptivos con lineamientos gráficos que deberán ser seguidos por quienes construyen las viviendas. La publicación tiene que ser de fácil lectura por parte de personas sin formación técnica, Viviendas sin ingeniería o de autoconstrucción en asentamientos precarios Ejemplo de manuales prescriptivos para autoconstrucción de viviendas (Nisnovich J. 1994) Viviendas sin ingeniería o de autoconstrucción en asentamientos precarios Guía de construcción en Perú Sencico, Marcial Blondet et. al. LOS GRANDES TERREMOTOS AMERICANOS DEL AÑO 2010 ENSEÑANZAS PARA EL DISEÑO Y LA CONSTRUCCIÓN SÍSMICA Raul Bertero Laboratorio de Dinámica de Estructuras FIUBA