VULNERABILIDAD SÍSMICA DE EDIFICIOS VITALES DE LA RED DE EMERGENCIAS (PME-2006-01344)

SEISMIC VULNERABILITY OF BUILDINGS BELONGING TO THE EMERGENCY NETWORK

Director: Dr. Ing. Luccioni, Bibiana María

 

Resumen

Los desastres naturales, como terremotos, inundaciones, huracanes y erupciones volcánicas, causan anualmente una gran cantidad de muertes, daños y pérdidas de infraestructura económica y social en diversos países del mundo.

En nuestro país, existe una vasta región que ha sido afectada por la ocurrencia de terremotos. El más reciente, ocurrido el 7 de septiembre de 2004 en la Provincia de Catamarca, ha dejado en evidencia el nivel de vulnerabilidad de edificaciones consideradas vitales para la red de emergencia, como ser hospitales y escuelas.

En este sentido, es necesario establecer el riesgo sísmico imperante en una región, entendiéndose como tal a la probabilidad de pérdida (económica o humana) causada por un sismo, dentro de un período de tiempo determinado. Este parámetro depende, a su vez, de dos factores: la peligrosidad sísmica como factor natural y la vulnerabilidad que refleja las características de la intervención humana.

La peligrosidad está relacionada con la probabilidad de que ocurran movimientos sísmicos en una zona determinada, lo que refleja características de la naturaleza que no pueden cambiarse. Por el contrario, la vulnerabilidad o capacidad de resistencia de las estructuras expuestas a estos movimientos, que refleja la intervención humana, puede ser modificada. De esta manera, para disminuir el riesgo es necesario el conocimiento de la peligrosidad, a través de la evaluación del fenómeno natural, y la identificación y disminución de las vulnerabilidades.

La exposición y vulnerabilidad existentes en nuestro país al mencionado peligro sísmico, tanto de pequeñas comunidades como de grandes núcleos urbanos y de sus economías, urge a que se reduzca la brecha entre lo que se conoce y lo que se debería conocer acerca del fenómeno sísmico, y sus consecuencias en lo físico, económico, social y ambiental. Esto es dramáticamente cierto si se tienen en cuenta los costos de vidas y las inversiones económicas necesarias para recuperar bienes y servicios después de cada catástrofe

En términos generales, la vulnerabilidad puede entenderse como la predisposición intrínseca de una edificación a sufrir daño debido a posibles acciones sísmicas y, por lo tanto, su evaluación contribuye en forma fundamental al conocimiento del riesgo.

Debido a que muchas edificaciones hospitalarias y de escuelas fueron construidas hace mucho tiempo y otras no han sido diseñadas ni construidas con normas sismorresistentes, surgen dudas con respecto a la seguridad que dichas edificaciones ofrecen para cumplir adecuadamente su función en caso de un sismo, principalmente cuando éstas son necesarias para la atención de una emergencia. En esto casos, se hace imperativa una revisión lo más detallada posible de la capacidad de la estructura de soportar sismos moderados y fuertes, esto es, la evaluación de la vulnerabilidad. A partir de estas evaluaciones, se determinan los niveles de vulnerabilidad y la necesidad o no de intervención para la disminución del riesgo. El tipo de intervención depende del nivel de vulnerabilidad, yendo desde adecuaciones de tipo funcional hasta refuerzos estructurales.

La dificultad para construir nuevas instalaciones hospitalarias y educativas en zonas sísmicas, debido a su alto costo, hace imperativo intervenir reforzando aquellas existentes. Estas intervenciones, que se deben llevar a cabo para reducir el riesgo y garantizar un comportamiento adecuado, deben estar basadas en conocimientos científicos y ser consistentes con los requisitos ingenieriles actuales y los códigos de diseño de cada país.

En nuestro país, no existe un programa sistemático con el fin de mitigar el riesgo sísmico de las construcciones existentes de la red de emergencia y son escasos los aportes al desarrollo de programas de investigación relacionados con el estudio del desempeño de nuevos materiales, componentes estructurales y sistemas constructivos no tradicionales orientados al refuerzo sísmico. Más aún, a nivel reglamentario no existe en el país ningún lineamiento que permita evaluar la vulnerabilidad de las construcciones en detalle, ni las medidas de readecuación sísmica consecuentes.

En base a lo antes expuesto, se propone llevar adelante un proyecto de investigación con el objetivo final de mejorar el conocimiento del riesgo sísmico, así como las medidas de rehabilitación sísmica para las construcciones vulnerables de la red de emergencia.

Objetivos:

1. Analizar procedimientos y metodologías existentes para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica a fin de seleccionar las más apropiadas a la realidad de nuestro país.
2. Analizar guías de inspección visual y fichas de inventario de edificios construidos en zonas sísmicas.
3. Proveer información numérica para la formulación de modelos computacionales que simulen el comportamiento de los elementos estructurales, necesarios para la metodología de evaluación propuesta.
4. Seleccionar instrumentos y metodologías para la evaluación del comportamiento de los elementos no estructurales, la aptitud funcional y la continuidad de funcionamiento post terremoto de los elementos mínimos de infraestructura de servicios (energía eléctrica, agua, gas, evacuación de efluentes) de aquellos edificios considerados claves en la red esencial.
5. Crear una red nacional de evaluadores calificados en vulnerabilidad sísmica de edificios (homogenización de criterios de evaluación).
6. Proponer lineamientos de diseño que contribuyan a la reducción de la vulnerabilidad edilicia.
7. Analizar y calibrar las técnicas existentes para la rehabilitación de estructuras y confección de guías que permitan la adopción de distintas técnicas adecuadas a la tecnología disponible en nuestro medio.
8. Proveer información experimental para la formulación de modelos computacionales que simulen el comportamiento de nuevos materiales, componentes estructurales y sistemas constructivos no tradicionales orientados al refuerzo sísmico.

Para alcanzar estos objetivos se considera necesario aunar esfuerzos entre distintos centros de I&D que vienen realizando trabajos de investigación en esta área del conocimiento, de tal manera de compartir los recursos físicos y humanos disponibles para alcanzar resultados concretos que puedan ser transferidos en forma inmediata a la comunidad científica y profesional. Para ello se propone crear una red conformada por el Instituto de Ingeniería Civil y Medio Ambiente de la Universidad Nacional de Salta, el Instituto de Estructuras “Arturo M. Guzmán” de la Universidad Nacional de Tucumán y el Instituto de Investigaciones Antisísmicas “Aldo Bruschi” de la Universidad Nacional de San Juan.

El propósito para los dos años a que se limita el proyecto se circunscribe a la evaluación y propuesta de rehabilitación de estructuras de edificios de hospitales y escuelas que forman parte de la red vital de emergencia.

 

Abstract

Great economic and social damage, as well as many deaths, are annually caused by natural disasters like earthquakes, floods , hurricanes and volcanic eruptions all over the world. Natural disasters have particularly, caused 1800.000 human deaths and approximately u$s 54.000 million of damage in properties in Latin America and the Caribbean. The health system was unable to assist the victims due to the damage registered in hospitals A vast extension of our country has been subject to earthquakes. The most recent one took place in the Province of Catamarca on September 7, 2004 and made it evident the vulnerability level of buildings considered as vital for the emergency system like hospitals and schools.

In this sense, it is necessary to establish the seismic risk in a region, that is, the probability of economic or human loss caused by an earthquake during a certain period of time. This parameter, in turn, depends on two factors: the seismic hazard as a natural factor and the seismic vulnerability reflecting human intervention.

The hazard is related to the probability of occurrence of seismic movements in a certain region and reflects natural characteristics that cannot be changed. On the contrary, the vulnerability or strength capacity of structures exposed to these movements can be changed. In this way, in order to reduce the seismic risk it is necessary to know the seismic hazard through the assessment of the natural phenomenon, and to identify and reduce the vulnerability.

Exposition and vulnerability to the mentioned hazard in our country, not only in small communities but also in big urban centers, shows the urgency of reducing the gap between the existing knowledge and what should be known about the seismic phenomenon and its physical, economic, social and environmental consequences. This becomes evident if human lives and economic investments necessary to recover goods and services after a catastrophe are considered.

In general terms, vulnerability can be defined as the intrinsic predisposition of a building to suffer damage due to possible seismic actions. Therefore, its assessment substantially contributes to risk knowledge.

Since many of the hospitals and schools were built long ago and others were neither designed nor constructed following seismic-resistant codes, there are doubts about the safety of those buildings in case of seismic events, mainly when they are needed in emergencies. In these cases, it is necessary to make a detailed review of the structures capacity to resist moderate and strong earthquakes, that is vulnerability assessment. From this assessment the vulnerability levels and the need of intervention are determined. The kind of intervention, that can be functional retrofitting up to structure strengthening, depends on the vulnerability level.

To strengthen the existing constructions becomes necessary considering the high cost of building new sanitary areas and schools in seismic areas. Strengthening procedures should be based upon scientific knowledge and should be consistent with the present engineering requirements and design codes of each country in order to reduce risk and guarantee adequate structures behaviour.

Accordingly, in some countries campaigns to strengthen existing buildings have been carried out in order to reduce their vulnerability prior to the seismic event. This reduction should be compulsory for vital buildings of the emergency network that were detected to be deficient in previous assessment.

In our country there is no systematic program to reduce seismic risk in existing buildings of the emergency network and the contributions to research projects related to the performance of new materials, structural components and non-traditional constructive systems for seismic strengthening are limited. Moreover, there is no code for either the assessment of structures vulnerability or seismic retrofitting provisions.

Objectives:

1. To analyze existing methodologies for seismic vulnerability assessment in order to select the most appropriate ones for our country.
2. To analyze visual inspection guides and inventory records for buildings constructed in seismic zones.
3. To provide numerical information for models that simulate the behavior of structural elements necessary for the assessment methodology proposed.
4. To select methodologies for the assessment of non-structural element and the post earthquake performance of public services basic elements (energy, water, gas, sewage) of buildings belonging to the emergency network.
5. To create a national network of qualified professionals for the assessment of buildings seismic vulnerability.
6. To propose design guides that contribute to the reduction of buildings vulnerability.
7. To analyze and calibrate existing techniques for structures rehabilitation and to propose guides to select the most appropriate techniques available in our country.
8. To provide experimental data for the development of numerical models to simulate the behaviour of new materials, structural elements and non-traditional constructive systems for seismic strengthening.

In order to achieve these objectives, the different research centers should work together to share the physical and human resources available and thus get concrete results that can be transferred to the scientific and professional fields.

For this purpose, a research team formed by the Civil Engineering and Environment Institute of the National University of Salta, the Structures Institute of the National University of Tucumán together with the Earthquake Research Institute of the National University of San Juan is proposed.

The purpose of the two-year program is limited to the proposal of assessment and retrofitting of hospitals and schools. The equipment requested for the different research centers will improve the research programs carried out and will provide experimental results necessary to calibrate numerical models for materials behaviour, structural elements and energy dissipation devices used for the seismic strengthening of structures.