1. anexos 1. instrucciones para rellenar los …

9. ANEXOS

102

1. Anexos 1.

INSTRUCCIONES PARA RELLENAR LOS FORMULARIOS PARA EL ANÁLISIS

DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICA DE EDIFICACIONES ESENCIALES Y

ESPECIALES

El Análisis de la Vulnerabilidad sísmico de edificaciones esenciales y especiales, se realizará

de acuerdo a un método simplificado que hace uso de los espectros de capacidad y matrices de

probabilidad de daño que fue propuesto en el año 2007 por la Universidad Politécnica de

Cataluña (UPC) a partir de las aportaciones del proyecto Risk-UE y por encargo del Instituto

Geológico de Cataluña (IGC), el cual fue desarrollado para que profesionales de la

construcción evalúen a las construcciones existentes.

Por medio de este documento se pretende brindar soporte para el correcto llenado de los

formularios generados para el análisis de la vulnerabilidad sísmica, donde el formulario 1

contiene los datos básicos de la edificación, mientras que el formulario 2 contiene la

información estructural del centro evaluado. Los formularios propuestos han sido realizados

de forma que su llenado es muy sencillo, pero cabe recalcar que contienen aspectos técnicos

relacionados con análisis estructural y arquitectura, por lo cual se aconseja que participe

personal calificado para la recogida de datos en campo. Los dos formularios contienen la

información más relevante y necesaria para lograr un correcto análisis de vulnerabilidad

sísmica de las edificaciones consideradas en este informe. El Formulario 1, en principio,

permite conocer los datos de contacto del responsable que realice la evaluación en campo y

también los datos básicos de la edificación como su localización y tipo de ocupación. El

Formulario 2 contendrá información sobre la construcción, restauración y características

estructurales de la edificación. Así entonces, estas instrucciones son una ayuda para rellenar

ambos formularios, por lo tanto, contienen información sobre las propiedades relevantes para

el análisis de la vulnerabilidad sísmica. Se presenta a continuación una descripción de los

formularios propuestos seguido de las instrucciones para rellenar cada campo.

9. ANEXOS

103

INSTRUCCIONES - FORMULARIO 1

DATOS BÁSICOS DE LA EDIFICACIÓN

Por medio del formulario 1, seremos capaces de identificar de una manera rápida y concisa las

características generales de la edificación que evaluemos, como lo es su ubicación, datos de

contacto del edificio y el tipo de ocupación que desempeña; no sin antes mencionar que en el

formulario también constaran los datos de contacto de la persona que realiza la evaluación para

posibles consultas posteriores a la evaluación.

A continuación, se presenta las instrucciones detalladas para llenar el formulario 1:

Fecha de Evaluación: se indicará la fecha en la que se visitó la edificación (día-mes-año).

DATOS DEL PROFESIONAL

Nombre del Evaluador: es importante colocar el nombre y apellido del profesional encargado

de la evaluación.

Teléfono de contacto: número de contacto telefónico convencional o celular del profesional

encargado de la evaluación.

e-mail: correo electrónico del profesional encargado.

DATOS DE LA EDIFICACIÓN

Nombre del centro: es muy común que edificios tengan un nombre, siendo su denominación

oficial, el cual irá registrado en este campo.

Dirección: es importante localizar de la manera más exacta posible a la edificación en estudio.

Por lo menos se indica, la Calle principal, y calle secundaria. Si es posible se tomará: número

de la edificación, municipio al que pertenece, código postal y número telefónico de atención al

público.

TIPOLOGÍA DE LA EDIFICACIÓN

Primero se deberá identificar si es un centro que pertenece al sector público o privado, para

luego marcar el tipo de ocupación que ofrece la edificación, donde tenemos dos clasificaciones

que son las edificaciones esenciales y edificaciones especiales.

Edificaciones Esenciales: son aquellas edificaciones que luego de ocurrido un terremoto no

podrán parar sus actividades, siendo consideradas vitales para la atención de la emergencia

sísmica. Dentro de las edificaciones esenciales se encuentran los siguientes sistemas:

Sistemas de Salud: hospitales, clínicas, centros de salud, ambulatorios, es decir, centros que

ofrezcan atención médica.

Sistema Educativo: escuelas, universidades, institutos, guarderías, es decir, toda institución o

establecimiento destinada a la educación y enseñanza.

Edificaciones gubernamentales o municipios de importancia: gobernaciones, tribunales,

ministerios.

9. ANEXOS

104

Respuesta a la Emergencia: estaciones de bomberos, estaciones de policía, fuerzas armadas,

es decir, las instituciones que presten sus servicios para la protección y ayuda a la comunidad.

Dentro de este grupo también se incluyen las construcciones destinadas a espectáculos públicos

en las que se prevea una ocupación masiva de gente, como lo son los estadios, coliseos, lugares

que, en caso de ocurrido el sismo, sirvan de acogida y albergue a personas afectadas por el

siniestro.

Edificaciones Especiales: estas edificaciones son aquellas que nos aportan servicios a la

comunidad, pero en el caso de que ocurra un sismo, su funcionamiento no es esencial o

indispensable. Es decir, son construcciones que fomentan al crecimiento de la ciudad y algunas

de ellas aportan un valor cultural al lugar. Dentro de las edificaciones esenciales se encuentran

los siguientes sistemas:

Sistema de Comunicación: estaciones de radio, estaciones de televisión, centrales telefónicas,

estaciones de prensa o cualquier medio que brinde información a la sociedad.

Sistema de Movilidad: estación de transporte público (estaciones de bus, metro, ferrocarril,

tranvía), aeropuerto, puerto marítimo o cualquier tipo de sistema público necesario para la

movilidad de la población.

Sistema de Servicios Básicos: central eléctrica, central de agua, central de gas, toda obra de

infraestructura que brinde servicios que permitan a la comunidad tener una vida saludable y

una vivienda digna.

Monumentos Históricos: se refiere a lugares, construcciones y objetos de propiedad municipal

o particular que por su calidad e interés histórico o artístico o por su antigüedad, se han

declarados como tales, aportando de esta manera un valor histórico a la ciudad.

Esquema de la edificación en planta: se deberá realizar un dibujo esquemático del edificio

evaluado. En el esquema en planta se deberá indicar la ubicación, lo más exacta posible del

ducto o ductos de gradas y ascensores (este último, en el caso de edificios). Estos esquemas

serán de gran ayuda ya que se podrá determinar posibles irregularidades. Al realizar este

esquema, el evaluador podrá identificar muchos aspectos que tenga la construcción. Las

mínimas dimensiones que deberán estar indicadas en el esquema en planta son longitud y ancho

y si se puede realizar un esquema en altura de la estructura, se deberá colocar la altura de

entrepiso.

Fotografía de la Edificación: en este apartado se colocará una fotografía representativa para

una mejor identificación de la edificación evaluada, procurando que se pueda observar en su

totalidad.

9. ANEXOS

105

INSTRUCCIONES - FORMULARIO 2

DATOS DE LA ESTRUCTURA DE LA EDIFICACIÓN

El formulario 2 nos permitirá caracterizar a la edificación desde un punto estructural, para

determinar cuan vulnerable es frente a un evento sísmico. Esta evaluación, supone que el

profesional a cargo será capaz de determinar el sistema estructural de la edificación en estudio,

por lo que se prevé que la persona responsable de la evaluación tenga un conocimiento alto del

tema, pues el formulario contiene información técnica.

Si por algún motivo, no se puede determinar la tipología de la estructura, el evaluador deberá

eliminar aquellos sistemas estructurales que sean imposibles para la estructura en estudio y

calificar las posibles opciones que quedan. A continuación, se presenta las instrucciones

detalladas para llenar el formulario 2:

Nombre del centro: es muy común que edificios tengan un nombre, siendo su denominación

oficial, el cual irá registrado en este campo. Este apartado coincidirá con el formulario 1.

Numero de edificios: será necesario identificar si el centro cuenta con varios edificios para su

funcionamiento o solamente con uno, colocando el numero en esta casilla.

Número del edificio evaluado: se pide anotar el número que tenga el edificio evaluado dentro

del módulo al que pertenece.

Área de Construcción (m2): superficie total de construcción del edificio evaluado.

Número de Plantas: primeramente, se identificará el número total de las plantas que

compongan el edificio y se deberá identificar cuantas pertenecen a bajo-rasante y cuantas

sobre-rasante.

Altura de la Edificación: será necesario identificar a qué tipo de altura pertenece la edificación,

donde se tiene 3 clasificaciones a describir, baja, mediana y gran altura.

Baja altura= menor a 4 pisos.

Mediana altura= 4 a 7 pisos.

Gran altura= mayor a 7 pisos.

Tipo de Suelo: para el llenado de esta casilla será necesaria la aportación y evaluación de un

ingeniero geotécnico para identificar el tipo de suelo donde se encuentra emplazada la

edificación.

CONSTRUCCIÓN Y REFORMA ESTRUCTURAL

En esta sección se considera la información acerca de la construcción y la posible reforma

realizada a la edificación.

Año de construcción: en caso de que se pueda obtener con exactitud esta información se debe

anotar el año en el cual fue construido el edificio.

9. ANEXOS

106

Periodo de construcción: en el caso en el que no se conozca el año de construcción, se podrá

marcar un periodo tentativo en el cual se construyó el edificio, donde se observaran varias

opciones.

Año de Intervención: en el caso de que el edificio haya sido sometido a una reforma, se deberá

especificar el año en la que fue realizada.

Tipo de Reforma: se consideran 2 tipos posibles de reforma, integral refiriéndose a que se

realizó una reforma completa de la edificación y parcial si se realizó reformas en lugares

específicos de la edificación, donde se deberá marcar si esta reforma fue para algún tipo de

reparación o simplemente para redistribuir espacios para una mejor funcionabilidad.

TIPOLOGÍA ESTRUCTURAL

Cualquier estructura puede estar sometida a diferentes tipos de acciones, directas o indirectas,

permanentes o variables, horizontales y verticales, repartidas y puntuales, que serán trasmitidas a

los cimientos de la estructura. En esta sección será necesario identificar qué tipo de estructura

pertenece al edificio que se está evaluando, lo cual se realizara de acuerdo a la matriz de tipos

estructurales de los edificios típicos de Europa que se estableció en el marco del proyecto Risk UE.

Donde las tipologías constructivas se definieron principalmente por medio de la combinación de

propiedades estructurales y geométricas, considerando el material constructivo, el sistema

resistente a cargas verticales y horizontales y el tipo de forjado como propiedades estructurales,

mientras que el número de pisos y la altura del edificio son propiedades geométricas. Se deberá

tener en cuenta que un error en la identificación de la tipología estructural, puede significar un

desajuste en todo el estudio al ser este uno de los puntos principales para analizar la vulnerabilidad.

DAÑOS EN EL EDIFICIO

En esta sección se deberán identificar los daños observados por el evaluador en el edificio,

donde se contemplan las siguientes posibilidades, mismas que deberán ser calificadas con poco,

moderado y severo según como se considere.

Irregularidad Vertical: A continuación, se presentan irregularidades en elevación que servirán

de guía para un correcto llenado del formulario.

Ubicación: si la edificación se encuentra en una colina empinada, tal que a lo largo de la

pendiente exista al menos un piso de altura.

Figura 1-1. Irregularidad Vertical-Ubicación

Columna corta: si la edificación presenta columnas cortas, cuando se identifiquen pilares o

secciones de pilares, cuya altura sea inferior al 30% de la altura de la planta o piso.

9. ANEXOS

107

Ejes verticales discontinuos o muros soportados por columnas: la estructura de la edificación

es irregular cuando existen desplazamientos en el alineamiento de elementos verticales y estos

desplazamientos son más grandes que la dimensión horizontal del elemento.

Figura 1-2. Irregularidad Vertical-Ejes verticales discontinuos

Adiciones: la estructura de la edificación es irregular cuando existen adiciones, fuera del diseño

original, de un piso o más.

Figura 1-3. Irregularidad Vertical-Adiciones

Irregularidad en Planta: A continuación, se presentan irregularidades en planta que servirán

de guía para un correcto llenado del formulario.

Forma: la estructura de la edificación es irregular cuando su configuración en planta presenta

las formas L, T, I, U, o forma de cruz, sin juntas de construcción.

Figura 1-4. Irregularidad en Planta-Forma

Discontinuidades en el sistema de piso: la estructura de la edificación es irregular cuando el

sistema de piso tiene discontinuidades apreciables o variaciones significativas en su rigidez,

causadas por aberturas, entrantes o huecos con áreas mayores al 50% del área total.

9. ANEXOS

108

Figura 1-5. Irregularidad en Planta- Discontinuidades en el sistema

Adiciones: la estructura de la edificación es irregular cuando existen adiciones, fuera del diseño

original, sin su respectiva junta de construcción.

Para seleccionar correctamente una opción de los formularios se deben tener en cuenta las

siguientes consideraciones: “Poco” si la planta es rectangular o cuadrada donde la distribución

de masas y rigideces es homogénea, “Moderado” en el caso que la planta del edificio tenga

entrantes o salidas de una longitud inferior al 20% de la longitud máxima y “Severo” en

cualquier otro caso, tomando en cuenta las discontinuidades en el sistema de piso antes

mencionado.

Asentamientos Diferenciales: se considera la pérdida de capacidad resistente del edificio por

causa de deformaciones del terreno o por causa del deterioro de elementos estructurales.

Marque el recuadro si se observan hundimientos discontinuos en dos o más secciones del

edificio.

Posibilidad de Golpeteo: Existirá posibilidad de golpeteo si la separación entre dos edificios

contiguos sea inferior al producto DxN, en dónde D vale 3 cm y N es el número de plantas del

edificio más bajo. En caso de edificios de igual altura, N es el número de plantas de cualquiera

de los dos edificios.

Otros: también se considera la opción ‘otros’ en el caso de que ninguno de los daños expuestos

en el formulario encaje, por lo tanto, esta casilla servirá para que el ingeniero encargado aclare

que daño se presenta en la edificación.

Observaciones: Esta última parte del formulario 1 y 2, es para registrar observaciones que el

evaluador desee hacer con respecto a la construcción, uso, condición, circunstancias inusuales

que presente la edificación o algún detalle importante que se crea necesario mencionar.

A A

C

C

D B B

E D

(a

)

(b

)

a) CxD> 0.5AxB

b) [CxD+CxE]> 0.5AxB

c)

9. ANEXOS

109

2. Anexo 2.

Plano de zapatas de cimentación.

9. ANEXOS

110

3. Anexo 3.

Plano de la distribución de columnas y aceros.

9. ANEXOS

111

4. Anexo 4.

Detalle de forjados.

9. ANEXOS

112

9. ANEXOS

113

5. Anexo 5.

Detalle de vigas y acero.

9. ANEXOS

114

9. ANEXOS

115

9. ANEXOS

116

6. Anexo 6.

Métodos experimentales de evaluación

Radar interferométrico de apertura real (rar)

La mayoría de ocasiones que se presentan terremotos de magnitudes superiores, la mayoría de

los edificios y demás estructuras se ven afectadas gravemente en sus funciones estructurales

como operativas. Terremotos tan fuertes que provocan daños significativamente graves que

ponen en riesgo las inspecciones que impliquen acceder al interior de los edificios y la posterior

evaluación de expertos. Este tipo de circunstancias hace importante y aconsejable disponer de

medios y técnicas de detección no invasiva y remota como alternativa para inspeccionar e

informar, con seguridad, sobre el estado estructural y las condiciones funcionales de los

edificios y estructuras afectadas.

El monitoreo de los movimientos libres de los edificios y estructuras afectadas por vibraciones

ambientales se ha convertido en una herramienta útil para que los ingenieros evalúen las

condiciones operativas de una estructura, permitiendo un seguimiento continuo con el objetivo

de controlar la evolución de sus condiciones funcionales y de seguridad. El principio básico es

obtener las propiedades dinámicas de una estructura sometida a ruido ambiental (Farrar, C. R.,

Doebling, S. W., & Nix, D. A., 2001). Las variables cinemáticas monitoreadas permiten

obtener información modal completa del comportamiento vibratorio de la estructura y, por lo

tanto, inferir sus condiciones funcionales. Los parámetros modales, principalmente frecuencias

y formas modales, son funciones de las propiedades mecánicas de la estructura evaluada

(distribución de masa, matriz de rigidez y amortiguación). En consecuencia, se espera que los

cambios en las propiedades mecánicas debido a cargas externas, en este caso por un terremoto,

causen cambios medibles en la respuesta modal que, a su vez, se puede relacionar con

diferentes estados de daño (Vidal, F., Navarro, M., & Enomoto, T. , 2014).

Por lo tanto, el daño estructural debe entenderse como un cambio de las propiedades mecánicas

de un edificio, que afectan negativamente en el desempeño futuro ante un evento sismo. Donde,

la definición de daño se asignará a los cambios que afecten las propiedades materiales,

mecánicas y/o geométricas que son modificaciones en las condiciones de contorno y

conectividad estructural interna. Aplicar esta definición no será factible sin la comparación

entre la condición real del edificio (después del terremoto) y la configuración básica que se

supone representa el estado inicial del edificio sin daños (antes del terremoto). En este estudio,

se supone que estos estados iniciales provienen de un modelo numérico preciso. El modelo

numérico se ejecuta con los códigos constructivos contemporáneos a la fecha de construcción

de la edificación y su documentación disponible (proyectos y planos).

Interferometría radar

El uso del radar interferométrico de apertura real (Real Aperture Radar - RAR) para la

monitorización de las características dinámicas de estructuras civiles sometidas a vibraciones

por ruido ambiental, se ha investigado desde los años noventa (Bartoli, G., Facchini, L.,

Pieraccini, M., Fratini, M. , & Atzeni, C. , 2008). Los métodos basados en RAR se consolidaron

en la siguiente década (Pieraccini, M., Luzi, G., Mecatti , D., Noferini, L., & Atzeni, C., 2003)

(Pieraccini, Fratini, Parrini, Pinelli, G., & Atzeni, C., 2005) (Gentile, C. & Bernardini, G.,

2010), de modo que actualmente varios sistemas comerciales se ofrecen en el mercado (Coppi,

9. ANEXOS

117

F., Gentile, C., & Ricci, P. A., 2010). Se han publicado varios artículos sobre el monitoreo de

edificios (Luzi, G., Monserrat, O., & Crosetto, M., The Potential of Coherent Radar to Support

the Monitoring of the Health State of Buildings. , 2012) (Negulescu, et al., 2013) (Gonzalez-

Drigo, et al., 2019) y torres (Atzeni, C., Bicci, D. D., Fratini, M., & Pieraccini, M., 2010) (Luzi,

G., Crosetto, M., & Cuevas-Gonzáles, M. , 2014).

El Radar, Radio Detection and Ranging, es un sistema que usa ondas electromagnéticas para

detectar y ubicar objetos estáticos o móviles, formaciones meteorológicas o el propio terreno.

En este estudio, el equipo radar utilizado transmite señales de microondas y recibe ecos de los

diferentes elementos dentro del campo de visión de su antena (Field Of View - FOV). Una

observación de radar utiliza el tiempo transcurrido entre la transmisión y la recepción de una

onda electromagnética emitida por la antena para generar una señal, habitualmente denominada

perfil de alcances (range profile), compuesta por picos de diferentes amplitudes, que permiten

identificar las zonas reflectoras más destacadas de la estructura observada. Por tanto, la salida

básica de una medición de radar es una señal donde los picos de amplitud ubicados a diferentes

distancias corresponden a la intensidad de los ecos de diferentes partes de la estructura

observada.

La interferometría es un método de medición, que permite recuperar la variación de la

trayectoria de propagación de las señales de onda en el orden de fracción de la longitud de onda

operativa. En el caso del equipo de radar utilizado para este estudio, teniendo en cuenta las

señales de microondas y, en particular, las longitudes de onda de unos pocos centímetros

(bandas de X a Ku, es decir, frecuencias electromagnéticas operativas de 8 GHz a 18 GHz), se

pueden detectar variaciones submilimétricas del rango utilizando técnicas interferométricas.

La interferometría de radar es una técnica que se basa en el estudio del patrón de interferencia

de fase de las ondas que permite detectar vibraciones, es decir, variaciones de desplazamiento

a lo largo del tiempo, con una precisión de hasta decenas de micras en el mejor de los casos, si

el sensor de radar, que funciona como un detector coherente, proporciona la fase diferencial de

la señal recibida, es decir, la fase interferométrica. Esta metodología permite recuperar

simultáneamente y de forma remota la historia de desplazamientos de diferentes partes de la

estructura monitoreada. Todo esto sin la necesidad de instalar algún elemento artificial

adicional sobre el edificio o estructura objetivo.

En el caso del equipo utilizado en este trabajo de investigación, la resolución del alcance,

dictada por el ancho de banda del radar del transceptor de microondas, es de 0.5 m.

Considerando casos de estudio en los que el radar ilumina un objeto extendido como un edificio

o un puente, la resolución del alcance determina la capacidad de muestrear partes

inequívocamente diferentes de la estructura monitoreada como elementos separados. Se

obtiene un muestreo regular de la estructura monitoreada mediante la adquisición de un perfil

de alcances (range profile) y la unidad (intervalo) espacial elemental de medida

correspondiente se denomina radar bin (Rbin). Se trata de una unidad de volumen de muestreo,

de objetivos (targets) situados a diferentes distancias del radar. La intersección entre estas

unidades elementales de ángulo sólido y la superficie de la estructura monitoreada, contra la

cual las ondas transmitidas se retrodispersan, determina la capacidad de muestrear la estructura

monitoreada.

Un perfil de alcances (range profile) es el gráfico de la amplitud de la señal de radar recibida

en función de la distancia, que puede expresarse en radar bins o distancia equivalente

9. ANEXOS

118

multiplicando el rango del Rbin y la resolución del alcance (distancia = Nbinx0.5 m en la

campaña experimental reportada). Los picos sobresalientes indican partes más reflectantes de

la estructura, i.e. son ecos del radar que contienen una elevada razón señal/ruido.

Estos extremos en el perfil de alcances se corresponden con elementos contenidos en el área

iluminada por el radar que retro dispersan muy bien la energía incidente del radar. Elementos

lisos y desprovistos de una rugosidad mínima dispersarán la energía del radar por simple

reflexión de las ondas incidentes. En cambio, elementos o zonas con irregularidades

geométricas, como pueden ser balcones, volados y aperturas para ventanas en las fachadas,

entre otros, suelen ser geometrías que devuelven al sensor del RAR una parte importante de la

energía incidente.

No obstante, es posible obtener la historia individual de desplazamientos de elementos o partes

del edificio objetivo considerados de forma separada. Para ello se requieren tres pasos

principales que se describen a continuación: i) El primero es recopilar un perfil de alcances

(range profile), muestreado en intervalos espaciales regulares. Para obtener este perfil, el radar

envía una señal alineada con su línea de visión (Line Of Sight - LOS) y recibe la energía

retrodispersada de diferentes partes de la estructura, lo que permite recopilar un perfil de

amplitudes. ii) En segundo lugar, cuando la intensidad del eco del radar proveniente de

diferentes partes de la estructura muestreada asegura una adecuada relación señal/ruido (Signal

to Noise Ratio - SNR), entonces la parte correspondiente de la estructura puede asociarse con

la fase interferométrica del eco. iii) Finalmente, se recupera una historia de desplazamientos

transformando las variaciones temporales de la fase interferométrica de un radar bin específico

utilizando la siguiente ecuación:

( ) ( )4

LOSd t t

[1]

Donde (t) es la diferencia entre las fases medidas en dos adquisiciones de radar

consecutivas y la longitud de onda de la onda transmitida.

Figura 6-1. Rada interferométrico

La recuperación de los desplazamientos dLOS a partir de la medición de la fase diferencial de la

señal de radar recibida, con una precisión sub milimétrica, es posible porque un radar coherente

proporciona también el valor de fase de la señal reflejada. Esto permite, a través de la

interferometría, evaluar las variaciones de distancia en términos de fracciones de longitud de

9. ANEXOS

119

onda del radar. Cuando el desplazamiento varía dentro del rango ± /4, el cambio de fase se

relaciona linealmente con la variación de la distancia dLOS(t) ocurrida entre dos adquisiciones

de radar sucesivas como se indica en la ecuación (7). Considerando que en este estudio /4 es

mayor que 4mm y los desplazamientos esperados de la estructura están en el rango de

milímetros a decenas de micras, esta hipótesis o aproximación sobre la linealidad generalmente

funciona (Xing C., Z. Q. Yu., X. Zhou, & P. Wang. , 2014). Para un radar Ku, con una longitud

de onda =1.74 cm (frecuencia de operación = 17.2 GHz), una variación de fase de 1º, que

generalmente se puede lograr con un sensor de última generación, corresponde a un

desplazamiento de aproximadamente 20 micras: el desplazamiento esperado. La precisión en

las mejores condiciones de medición (SNR alta) es del orden de decenas de micras. Una de las

principales limitaciones de esta técnica es que, considerando un desplazamiento vectorial

tridimensional , la técnica propuesta solo puede estimar la proyección de en la

dirección de la LOS; Si es perpendicular a la LOS, el radar no puede observar el vector

de desplazamiento .

En relación con la precisión de la medición, tiene relación con la SNR, que en una primera

aproximación se puede estimar a través de la relación entre la energía del eco del radar del Rbin

seleccionado y el ruido instrumental (térmico). La SNR de la adquisición depende

principalmente de la potencia transmitida, el ruido térmico del receptor, la distancia, los

factores geométricos (forma y orientación del objetivo) y las características dieléctricas del

objetivo. La alta precisión, la detección remota, la portabilidad y autonomía y la repetitividad

son ventajas destacadas de la tecnología basada en estos sensores con respecto a sensores

acelerométricos convencionales. Adicionalmente, el uso de sensores de contacto a veces

requiere configuraciones complicadas y costosas. La principal limitación de esta técnica

interferométrica es que, como ya se ha detallado, respecto del desplazamiento vectorial real del

edificio objetivo, sólo es posible estimar la componente de desplazamiento alineada con la línea

de visión (Line Of Sight - LOS) del radar.

Equipo radar RAR utilizado

El Centro Tecnológico de Telecomunicaciones de Cataluña (CTTC) dispone de un dispositivo

radar comercial con capacidad interferométrica: el IBIS-S fabricado y comercializado por IDS

(Ingegneria dei Sistemi SpA). El dispositivo RAR cuenta con un módulo sensor, una unidad

(ordenador) de control, una fuente de alimentación que provee, aproximadamente, 5 horas de

autonomía y un software de procesamiento de datos. El módulo sensor transmite una señal

electromagnética a una frecuencia central de 17.2GHz (banda Ku) con un ancho de banda

máximo de 300MHz, de acuerdo a una resolución de alcance de 0.5m. La resolución de alcance

se entiende como la distancia mínima necesaria que debe existir entre dos objetivos para

poderlos separar, es decir, para poderlos ver como dos Rbin diferentes. El radar cuenta con un

trípode sobre el cual se lo coloca, donde está equipado con una cabeza giratoria para poder

ajustar la orientación del sensor hacia la estructuraque se quiera analizar. Las principales

características de este sensor se resumen en la siguiente tabla.

)(td

)(td

)(td

)(td

9. ANEXOS

120

Tabla 6-1. Parámetros del radar

Parameter Value and units

Operating frequency 17.2 GHz (Ku band)

Maximum operational distance (1) 500 m

Maximum range resolution 0.5 m

Maximum sampling rate 200 Hz

Nominal displacement accuracy 2. 10-5 m

Weight / Battery autonomy 12 kg / 5 hours

(1) At sampling frequency 40Hz

La tasa de adquisición máxima (Maximum sampling/acquisition rate) es de 200Hz y disminuirá

a medida que aumente la distancia máxima de operación. Los detalles sobre el equipo de radar

se pueden encontrar en (Van Overschee, P. & De Moor, B. , 1996). La ubicación y dimensión

de los radares bin dependen de las características de las antenas de transmisión y recepción

FOV y de la resolución del alcance. Las antenas que se utilizaron en este trabajo son dos

cuernos piramidales con una alta ganancia (Ganancia = 23.5dB) para mejorar la SNR de la

medición del radar. En general, los radar bin correspondientes a los picos de señal más altos

son seleccionados para analizar sus series temporales de desplazamiento. Entre las principales

ventajas de este dispositivo y la técnica de interferometría con microondas está la capacidad de

medir desplazamientos directos con amplitudes de hasta decenas de micras. Además, el equipo

es fácil de instalar y muy es rápido y puede utilizarse de día o en la noche, sin importan las

condiciones climáticas.

Monitorización RAR del instituto de Santa Eugenia

Las mediciones y el resumen de resultados que se presentan en esta sección forman parte de

una campaña de reconocimiento realizada con un radar interferométrico RAR en la ciudad de

Girona (Cataluña). Se monitorizó con un RAR las respuestas cinemáticas en desplazamientos

de uno de los edificios que pertenecen al instituto, sometido únicamente a la acción de ruido

ambiental, con el objetivo de estimar, con la mejor precisión posible, sus frecuencias de

vibración.

En este estudio se recuperan las mediciones realizadas sobre el bloque “A”, que es uno de los

edificios que conforman el instituto Santa Eugenia de Girona. Este edificio se sitúa entre las

calles Enrique Marqués, en el Norte; Montnegre, al Oeste y María Castaño, en el Sur. En la

figura siguiente se puede ver fotografías de diferentes vistas del bloque “A”. Las principales

características del bloque “A” del instituto de Santa Eugenia y su localización geográfica se

describen en la tabla siguiente. A modo de ejemplo sobre las monitorizaciones RAR realizadas,

los parámetros geométricos utilizados para la medición del bloque “A” del Instituto Santa

Eugenia se han recogido en la tabla 4-3.

9. ANEXOS

121

Figura 6-2. Fotografías del bloque ‘A’ del Instituto Santa Eugenia ubicado en Girona-

Cataluña. a) Fachada orientada hacia Sur; b) Fachada orientada hacia el Norte; c) Fachada

orientada hacia el Este; d) Fachada orientada hacia el Oeste.

Tabla 6-2. Características constructivas y arquitectónicas del Instituto Santa Eugenia y

localización geográfica

Características Detalle

Tipología (estructura) Estructura de hormigón armado

Forjados Forjados unidireccionales

Cerramientos Muro de fábrica de ladrillo cerámico hueco

Niveles 3 plantas + bajos

Altura niveles 3.24 niveles

Altura total 12.96 m

Localización Latitud 41.970647

Localización Longitud 2.804089

Altitud emplazamiento 12.96 m

En la figura siguiente se describen estos parámetros y se esquematiza la geometría básica de

una medición con radar RAR.

a b

c d

9. ANEXOS

122

Figura 6-3. Esquema de medición

Los parámetros: h es la altura del equipo RAR montado sobre su trípode; Ro es la distancia

RAR-edificio; d es la distancia medida sobre la LOS entre el equipo RAR y la zona iluminada

por el RAR (range); α es el ángulo de elevación.

Tabla 6-3. Parámetros utilizados en la medición

Descripción Parámetro: Valores y unidades

Angulo de orientación del RAR α = 35º

Altura equipo RAR (trípode y sensores) h = 1.22 m

Distancia horizontal RAR-Edificio R0 = 7.86 m

Distancia sobre la LOS d = 11.46 m

Resultados de la monitorización RAR

A continuación, se describe los resultados de las mediciones realizadas a través del radar

interferométrico disponible en CTTC en el marco del proyecto POCRISC. Se observó el

edificio desde seis posiciones diferentes para detectar sus principales frecuencias de vibración.

Los resultados obtenidos se basan en un procesamiento básico, es decir, en el historial de

desplazamientos registrados en cada radar, que corresponden a diferentes partes del edificio

observado.

En la figura siguiente se puede identificar uno de los perfiles del edificio medido por los

radares. Los radares con mayor precisión son los correspondientes a la SNR más alta

(intensidad del eco de radar recibido). Las señales de amplitud de desplazamiento recuperadas

de las mediciones de fase interferométrica, tienen una duración de aproximadamente 30

minutos y se han muestreado a aproximadamente 100 Hz (95,69 Hz). La resolución de alcance

nominal del radar es de 0,5 m; para estimar el rango inclinado, que se proyecta en la estructura,

es necesario multiplicar la resolución en rango por un factor relacionado con la inclinación de

la superficie iluminada con respecto a la línea de visión del radar; a medida que aumenta la

altura de la ubicación del radar, la resolución real empeora.

Se han adquirido diferentes posiciones para caracterizar el desplazamiento a lo largo de tres

direcciones diferentes; además, debido a la alta rigidez del edificio y al pequeño valor de la

amplitud de la vibración, se dedicó un tiempo a buscar una elevación eficaz (35 ̊), capaz de

proporcionar la SNR más alta, por lo cual se obtuvo una posición óptima después de algunas

9. ANEXOS

123

pruebas realizadas con diferentes geometrías (principalmente cambiando el ángulo de

elevación y la distancia).

Figura 6-4. Resultados del caso de estudio

Luego de realizar el cálculo de PSD con el modo Welch no se evidencio picos para los

contenedores seleccionados, siendo necesario un análisis más profundo, donde se enfocó en

cuatro contenedores (# 20, # 23, # 24, # 25), para luego aplicar un filtrado, con el cual algunos

picos se pudieron evidenciar donde se esperaba la frecuencia de vibración del edificio. Estos

resultados se muestran en la figura siguiente y se comparan con una medición realizada a través

de acelerómetros.

Figura 6-5. Frecuencia de vibración del edificio

Aunque se detectan algunos picos en el rango donde se esperan los resultados de los

acelerómetros, también se observa que existe mucho ruido, lo cual exigirá un análisis más

profundo. Los valores de los períodos obtenidos a través de la figura se resumen en la tabla

siguiente donde podemos considerar que los tres valores detectados por los acelerómetros

también son medidos por el radar.

9. ANEXOS

124

Tabla 6-4. Periodos de vibración del edificio

9. ANEXOS

125

7. Anexo 7.

Escala macrosísmica MSK-64

Trazado del error lineal y cuadrático para encontrar la probabilidad de éxito óptima y los

gráficos de distribución binomial ajustados, para la Clase C.

Intensidad VII

Figura 7-1. Trazado del error lineal y cuadrático para encontrar la probabilidad de éxito

óptima y los gráficos de distribución binomial ajustados.

Intensidad VIII



9. ANEXOS

126

Intensidad IX



Intensidad X



9. ANEXOS

127

Intensidad XI



Intensidad XII



Fuente: Software de programación ‘Matlab’

9. ANEXOS

128

8. Anexo 8.

Escala macro-sísmica EMS-98

Caso2

Tabla 8-1. Matrices de Daño observado. Vulnerabilidad clase C. Escala EMS-98

Tipo C INTENSIDAD (EMS-98)

Grados de Daño V VI VII VIII IX X XI XII

Nulo (0)

Leve (1) 0.05

Moderado (2) 0.05 0.15

Severo (3) 0.05 0.15

Grave (4) 0.05 0.15 0.55

Destrucción (5) 0.05 0.15 0.55

Tabla 8-2. Matrices de daño con ajuste binomial

Tipo C

Grados de Daño VI VII VIII IX X XI XII

Nulo (0) 0.9558 0.6627 0.3963 0.1370 0.0285 0.0005 0.0000

Leve (1) 0.0434 0.2842 0.4030 0.3344 0.1479 0.0090 0.0007

Moderado (2) 0.0008 0.0488 0.1639 0.3265 0.3067 0.0641 0.0116

Severo (3) 0.0000 0.0042 0.0333 0.1594 0.3179 0.2285 0.0904

Grave (4) 0.0000 0.0002 0.0034 0.0389 0.1648 0.4074 0.3512

Destruccion (5) 0.0000 0.0000 0.0001 0.0038 0.0342 0.2906 0.5460

Daño medio 0.045 0.395 0.845 1.64 2.545 3.905 4.43

INTENSIDAD (EMS-98)

Caso 2-Matriz de daño (Ajuste lineal)

Tipo C


Nulo (0) 0.9558 0.6627 0.4083 0.1412 0.0313 0.0012 0.0000

Leve (1) 0.0434 0.2842 0.4005 0.3383 0.1563 0.0174 0.0007

Moderado (2) 0.0008 0.0488 0.1571 0.3243 0.3125 0.0980 0.0116

Severo (3) 0.0000 0.0042 0.0308 0.1554 0.3125 0.2759 0.0904

Grave (4) 0.0000 0.0002 0.0030 0.0372 0.1563 0.3886 0.3512

Destruccion (5) 0.0000 0.0000 0.0001 0.0036 0.0313 0.2189 0.5460

Daño medio 0.045 0.395 0.82 1.62 2.5 3.69 4.43

INTENSIDAD (EMS-98)

Caso 2-Matriz de daño (Ajuste cuadratico)

9. ANEXOS

129

Trazado del error lineal y cuadrático para encontrar la probabilidad de éxito óptima y los

gráficos de distribución binomial ajustados, para la Clase C y las diferentes intensidades.

Intensidad VI

Figura 8-1. Trazado del error lineal y cuadrático para encontrar la probabilidad de éxito óptima y los gráficos de distribución binomial ajustados.

Intensidad VII


9. ANEXOS

130

Intensidad VIII


Intensidad IX


9. ANEXOS

131

Intensidad X


Intensidad XI


9. ANEXOS

132

Intensidad XII



9. ANEXOS

133

Caso 3

Tabla 8-3. Matrices de Daño observado. Vulnerabilidad clase C. Escala EMS-98

Tipo C INTENSIDAD (EMS-98)

Grados de Daño V VI VII VIII IX X XI XII

Nulo (0)

Leve (1) 0.1

Moderado (2) 0.1 0.35

Severo (3) 0.1 0.35

Grave (4) 0.1 0.35 0.85

Destrucción (5) 0.1 0.35 0.85

Tabla 8-4. Matrices de daño con ajuste binomial

Tipo C


Nulo (0) 0.8993 0.5277 0.1633 0.0355 0.0045 0.0000 0.0000

Leve (1) 0.0965 0.3598 0.3567 0.1686 0.0441 0.0000 0.0000

Moderado (2) 0.0041 0.0981 0.3116 0.3202 0.1712 0.0000 0.0003

Severo (3) 0.0001 0.0134 0.1361 0.3040 0.3323 0.0000 0.0098

Grave (4) 0.0000 0.0009 0.0297 0.1443 0.3226 0.0099 0.1443

Destruccion (5) 0.0000 0.0000 0.0026 0.0274 0.1252 0.9900 0.8455

Daño medio 0.105 0.6 1.52 2.435 3.3 4.99 4.835

INTENSIDAD (EMS-98)

Caso 3-Matriz de daño (Ajuste lineal)

Tipo C


Nulo (0) 0.8993 0.5277 0.1681 0.0373 0.0045 0.0003 0.0000

Leve (1) 0.0965 0.3598 0.3602 0.1735 0.0441 0.0058 0.0000

Moderado (2) 0.0041 0.0981 0.3087 0.3229 0.1712 0.0481 0.0003

Severo (3) 0.0001 0.0134 0.1323 0.3005 0.3323 0.1984 0.0098

Grave (4) 0.0000 0.0009 0.0284 0.1398 0.3226 0.4094 0.1443

Destruccion (5) 0.0000 0.0000 0.0024 0.0260 0.1252 0.3380 0.8455

Daño medio 0.105 0.6 1.5 2.41 3.3 4.025 4.835

INTENSIDAD (EMS-98)

Caso 3-Matriz de daño (Ajuste cuadratico)

9. ANEXOS

134

Intensidad VI


Intensidad VII


9. ANEXOS

135

Intensidad VIII


Intensidad IX


9. ANEXOS

136

Intensidad X


Intensidad XI


9. ANEXOS

137

Intensidad XII



9. ANEXOS

138

9. Anexo 9.

Espectro de Respuesta y Espectro de Demanda del modelo numérico

Intensidad VI

Figura 9-1. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad VI

Intensidad VII

Figura 9-2. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad VII

9. ANEXOS

139

Intensidad VIII

Figura 9-3. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad VIII

Intensidad X

Figura 9-4. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad X

9. ANEXOS

140

Intensidad XI

Figura 9-5. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad XI

Intensidad XII

Figura 9-6. Espectro de respuesta en formatos Sa-T y Sa-Sd (abajo) para una intensidad XII

9. ANEXOS

141

10. Anexo 10.

Punto de Desempeño

Dirección ‘X’

Intensidad 6 – ‘x’

Desplazamiento ( Sdp )

Aceleración ( Sap )

cm g

0.183 0.171

Figura 10-1. Determinación del punto de desempeño, Int. VI, dirección ´X´




cm g

0.393 0.3465

Figura 10-2. Determinación del punto de desempeño, Int. VII, dirección ´X´

9. ANEXOS

142




cm g

0.790 0.688

Figura 10-3. Determinación del punto de desempeño, Int. VIII, dirección ´X´

Dirección ‘Y’

Intensidad 6 – ‘y’



cm g

0.128 0.171

Figura 10-4. Determinación del punto de desempeño, Int. VI, dirección ´Y´

9. ANEXOS

143




cm g

0.279 0.346

Figura 10-5. Determinación del punto de desempeño, Int. VII, dirección Ý´




cm g

0.622 0.688

Figura 10-6. Determinación del punto de desempeño, Int. VIII, dirección Ý´




cm g

2.728 0.434

Figura 10-7. Determinación del punto de desempeño, Int. X, dirección Ý´

1. anexos 1. instrucciones para rellenar los …

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