peligro vulnerabilidad y riesgo sismico amivtac 2014 · aislamiento sÍsmico sin aisladores vmax=...

1

PELIGRO, VULNERABILIDAD Y RIESGOSÍSMICO EN PUENTES

José Manuel Jara GuerreroDIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO

UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO

CONTENIDO Introducción

Peligro y riesgo sísmico

Fuentes sísmicasFuentes sísmicas

Potencialidad de las fallas

Distribución temporal de los temblores

Leyes de atenuación

Efectos de sitio

Vulnerabilidad sísmica

Modelos de pérdidas

2

Prevención de colapsos

Silver Bridge (1967), USAMianus River Bridge

(2003) USA

Hatchie River Bridge (1989) USA

Prevención de colapsos

Cargas permanentes

I-20Bridge (2004) USA

Lakeview Overpass I-70 River Bridge (2005) USA

3

I-35W Mississippi(2007), USA

LIBERACIÓN DE ENERGIA

4

TEMBLOR DE LOMA PRIETA 1989

TEMBLOR DE LOMA PRIETA 1989

5

TEMBLOR DE CHI CHI, 1999

TEMBLOR DE KOBE, 1995

6

Se muestran los daños causados a los topes antisísmicos.

Puente: “Coahuayana” Km:239+000Carretera:Playa Azul-Manzanillo

... Y construyó uno nuevo

Puente: “La Manzanilla II Km:81+500Carretera:Playa Azul-Manzanillo

7

PÉRDIDAS POR DESASTRES NATURALESENTRE 1991-2000 (MILLONES DE DÓLARES)

VÍCTIMAS MORTALES POR TERREMOTOS 1990-1999

FRONTERA DE PLACAS TECTÓNICAS

8

TRANSCURRENTEIZQUIERDO

Longitud del deslizamiento

Temblor de San Francisco 1906

9

Temblor de San Francisco 1906

Temblor de San Francisco 1906

Falla detransformación

Fallas normalesy superficiales

Fallas desubducción

10

SISMICIDAD EN MÉXICO

SISMOS CON M>6.5 EN EL SIGLO XX

SISMICIDAD EN MÉXICO

Temblores de falla normal

11

Log (N) = 0 45Log (N) = -0.45

N = (10)-0.45

N = 0.3548(temblores anuales)

¡¡ 1 temblor deMagnitud 7.0 ≈ 2.82 años !!

TASA DE EXCEDENCIA DE MAGNITUDES

SISMICIDAD EN MÉXICO

SISMICIDAD EN MÉXICOTemblor de 1932(temblor más grandedel siglo XX

ZONAS DE RUPTURA DE GRANDES TEMBLORES

Temblor de 1985(costas de Michoacán)

Brecha sísmica deGuerrero

12

PELIGRO SÍSMICO

Intensidad sísmica máxima en un sitio

Tasas de excedencia de intensidades para diferentes periodos de retorno

TASA DE EXCEDENCIA ()

0 01000

0.10000

1.00000

10.00000

) (1

/añ

o)

Número de veces que en promedio, se excede una intensidad por unidad de tiempo

0.00001

0.00010

0.00100

0.01000

0 100 200 300 400 500 600

(A

ma

x)

A max (gal)

RIESGO SÍSMICO

Los modelos de riesgo sísmico evalúan las pérdidasesperadas por la ocurrencia de temblores

COSTOS DIRECTOS: Daño material a la infraestructura, pérdidas humanas

COSTOS INDIRECTOS: Menores rendimientos por dañoa la infraestructura, interrupción de servicios básicos

Riesgo Sísmico

Peligro sísmico

Vulnerabilidad sísmica

DEMANDA CAPACIDAD

13

Magnitud máxima Energía liberada

Procesos de ocurrenciaProcesos de ocurrencia Energía liberada

Distancia Atenuación de ondas sísmicas con la distancia

Efectos de sitio Amplificación

PELIGRO SÍSMICO

PELIGRO SÍSMICO DETERMINISTA

Mmax 2

Rmin 1

Rmin 2

Rmin 3

Mmax 1

Mmax 3

Amax 1 = f (Mmax 1, Rmin 1)

Aceleración máximaen el sitio:

Amax 2 = f (Mmax 2, Rmin 2)

Amax 3 = f (Mmax 3, Rmin 3)

14

ESTADÍSTICA DE LOS DATOS

Variable aleatoria. Su descripción se a da a través de una densidad de probabilidad

1PT(t)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1T( )

LN

Muestra1.0

Densidad deprobabilidad

Muestraestadística

0

10 15 20 25 30 35 40

Tiempo de ocurrencia de temblores (años)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

LOCALIZACIÓN DE FUENTES SÍSMICAS

¿Mmax?

Área de la falla Longitud de la fallag

Distancia al sitioR2

R3

R1

R2

RnpR(r) pR(r)

PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA

rrmin rmaxRmin Rmax

15

Datos estadísticos

PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA

FRECUENCIA DE LOS TEMBLORES

Datos estadísticos

Gutenberg y Richter (1954)

sism

os

≥ M

Número de tembloresvs magnitud

Nú

mer

o a

nu

al d

e

Magnitud (M)

Temblores Característicosen México

Procesos de ocurrencia Proceso de Poisson

umm ee

NÚMERO DE TEMBLORES  uo

u

mmee

eem

0)(

Temblor característico2

2ln

)ln(ln2

1

ln

02

1)|(

tt

mt

t

T etk

ttp

1 2 3 4 5 6 7 8 9

MAGNITUD

ln2 ttk

)ln621.036.5,5.7max( ttME

16

PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA

p (m)

Densidad de probabilidad de las magnitudes

pM(m)

mmaxmmin

Magnitud a partir de la cual seconsideran completos los

catálogos

Magnitud máxima que daorigen la fuente sísmica

PELIGRO SÍSMICO

Zonas para cuantificarel peligro sísmico

(Subducción)

17

Zonas para cuantificarel peligro sísmico(Fuente normal)

Zonas para cuantificarel peligro sísmico

(Fuente local)

18

Leyes de atenuación

0594)(log45424440 RMaLogFuente de subducción (Sánchez y Jara, 2001)

059.4)(log454.2444.0max RMaLog S

29.0008.0log0039.059.02.0log HRRMA W

Fuente de temblores normales (García, 2005)

Fuente de temblores superficiales (Abrahamson y Silva 1997)

)(),()(),()( 5431 rockruprupa pgafSrMfHWMfFrMfgSLn

Leyes de atenuación

temblores de fuente de subducción160180200

20406080

100120140160

A m

áx

0

150 175 200 225 250 275 300

R

M = 5.5 M = 6 M = 6.5 M = 7 M = 7.5 M = 8

19

dadmdrdttfrftmfafaAP TRMRMA )()()()()(

Cuantificación del peligro sísmico

ffff

T

TRMRMA

RMA )()()()()( ,

j

iji aAPPa )()(

Tasa de excedencia

j

n

ii aa

1

)()(

Efectos de sitio

Registro en terreno firme

Registro en suelo blando

20

Efectos de sitio

Nishinomiya bridge, 1964

10.00000

Tasa de excedencia de aceleraciones

0.00100

0.01000

0.10000

1.00000

(A

ma

x) (

1/a

ño

)

0.00001

0.00010

0 100 200 300 400 500 600

A max (gal)

21

Distribución del peligro

Espectrosde sitio

Puentes en zonas sísmicas

and

a

Periodos de retorno

s d

e d

ema Periodos de retorno

Probabilidad de excedenciaaceptada

¿50, 100, 1000, 2500 años o más?

Niv

eles

¿ , , ,

22

VIDA ÚTIL Y PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA

70%

80%

90%

100%

dencia en la Vu

Vu=50 años

Vu=75 años

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

Prob

abilidad de

 exced

50%

60%

70%

80%

90%

100%

de excedencia en la Vu

Vu=50 años

Vu=75 años

53%

0%

0 500 1000 1500 2000 2500

Periodo de retorno (años)

0%

10%

20%

30%

40%

0 100 200 300 400 500

Probabilidad

 d

Periodo de retorno (años)

10%

14%

39%

DesplazamientosDistorsiones

angularesRotaciones

DEMANDAS EN EL PUENTE

Localización

AceleracionesVelocidades

DesplazamientosDuración

Contenido de frecuencias

Suelo duroLechos de ríosMontañas

23

Subducción y

FUNCIONES DE DEMANDA

Subducción y Fallamiento Normal

0.0250

0.0300

Demandas de rotación inelástica

Las Flores 12

0.0000

0.0050

0.0100

0.0150

0.0200

Rotación (rad)

La Piedra Transv 12

Feliciano Transv 12

0.0000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Periodo de retorno (años)

24

VULNERABILIDAD SÍSMICA

Curvas de fragilidad analíticas

Probabilidad de excedencia

PEL = Probabilidad de alcanzar un estado límite

D = Demanda sísmica (Intensidad)

C = Capacidad sísmica

Modelos de demanda

VULNERABILIDAD SÍSMICA

Medidas de intensidadTasas de excedenciaRegistros sísmicos

Parámetros de respuesta

Modelos de capacidad

Distorsión angularDemanda de ductilidadEnergía histerética

Modelos de capacidad

Metodologías para evaluar la capacidad

Probabilidad de excedencia

Probabilidad de alcanzar estados límite

Demanda enlos elementos

25

PUENTE INFIERNILLO II

Estribo (E-1) Pilas centralesde altura variable.

Armadura metálica. Armadura metálica.

C-2

C-3

C-4

C-5

Estribo (E-6)

105.00 m 105.00 m 105.00 m 105.00 m 105.00 mLt = 525.00 m

26

PUENTES EN LA COSTA DEL PACÍFICO

700

800

900

1000

0

100

200

300

400

500

600

LIGERO MODERADO EXTENSO COMPLETO

Tr

400 0

-300.0

-200.0

-100.0

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

0 10 20 30 40 50 60

Sh

ea

r F

orc

e (

t)

400 0

-300.0

-200.0

-100.0

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

0 10 20 30 40 50 60

Sh

ea

r F

orc

e (

t)AISLAMIENTO SÍSMICO

Sin aisladoresVmax = 320 t

200 0

300.0

400.0

(t)

200 0

300.0

400.0

(t)

-400.0

Time (sec)

-400.0

Time (sec)

Con aisladoresVmax = 105 t

Puente Las Flores

-400.0

-300.0

-200.0

-100.0

0.0

100.0

200.0

0 10 20 30 40 50

Time (sec)

Sh

ea

r F

orc

e (

-400.0

-300.0

-200.0

-100.0

0.0

100.0

200.0

0 10 20 30 40 50

Time (sec)

Sh

ea

r F

orc

e (

27

COSTO INDIRECTO Y COSTO TOTAL DE DAÑOS

C OST O

IN IC IA L

IN T ER R UP C IÓN D E VÍ A S

(3)

C OST O T OT A L ($ )

P UEN T ES D E 100 M

Í N D IC E D E P ÉR D ID A

C OST O D IR EC T O

IN F LA C IÓN (1.3)

M UER T ES (0.85)

PUENTES LONGITUD A0.04 $18,422,174.34 $938,611.27 $0.00 $0.00 $0.00 $19,360,785.61

0.2 $18,422,174.34 $4,693,056.33 $6,100,973.23 $0.00 $18,302,919.69 $42,826,067.26

0.6 $18,422,174.34 $14,079,168.99 $18,302,919.69 $0.00 $54,908,759.07 $91,633,853.10

1 $18,422,174.34 $23,465,281.65 $30,504,866.15 $25,929,136.23 $91,514,598.45 $166,370,775.17

0.04 $27,633,261.52 $1,407,916.90 $0.00 $0.00 $0.00 $29,041,178.42

P UEN T ES D E 100 M

P UEN T ES D E 150 M

PUENTES LONGITUD A

PUENTES LONGITUD B

CT / CI =9

0.2 $27,633,261.52 $7,039,584.50 $9,151,459.84 $0.00 $27,454,379.53 $64,239,100.89

0.6 $27,633,261.52 $21,118,753.49 $27,454,379.53 $0.00 $82,363,138.60 $137,450,779.65

1 $27,633,261.52 $35,197,922.48 $45,757,299.22 $38,893,704.34 $137,271,897.67 $249,556,162.75

CASOS DE ESTUDIO

Puentes de la autopista Uruapan – Lázaro Cárdenas a la altura de la caseta Las

Cañas en el kilómetro 212 hasta la ciudad de Lázaro Cárdenas

Puente paso del Chivo (3 claros de 30 m) Puente Arroyo las Cruces (3 claros de 20 m)PSV Ent. Rio Pitirera (3 claros de 20 m)Puente Arroyo Infiernillo (3 claros de 30 m)Puente San Diego I (3 claros de 30 m)Puente San Diego II (5 claros de 30 m)Puente San Diego III (3 claros de 30 m)Puente San Diego IV (2 claros de 20 m)Puente San Diego IV (2 claros de 20 m)Puente Pinzan I (3 claros de 20 m)Puente Pinzan II (2 claros de 20 m)Puente Pinzan IV (3 claros de 30 m)Puente el Pochote (4 claros de 30 m)Puente Rio Feliciano (4 claros de 20 m)Puente Rio Zorocua (4 claros de 20 m)

28

SISMOS 18 DE ABRIL, 8 y 10 DE MAYO DE 2014

Coordenadas del epicentro: 17.18 latitud N y -101.19 longitud WProfundidad: 10 kmHora: 9:27 horasMagnitud: 7.2

18 DE ABRIL (278 km Morelia)

Michoacáng

8 DE MAYO (288 km)Coordenadas del epicentro: 17.11 latitud N y -100.87 longitud WProfundidad: 17 kmHora: 12:00 horasM it d 6 4

Guerrero

Magnitud: 6.4

10 DE MAYO (293 km de Morelia) Coordenadas del epicentro: 17.06 latitud N y -100.95 longitud WProfundidad: 12 kmHora: 2:36 horasMagnitud: 6.1

PUENTE CUAJILOTE

Antes del temblor de Petatlán 18 de abril 2014 M=7.2

29

Puente Cuajilote

Temblor de Petatlán 18 de abril 2014 M=7.2

Puente Cuajilote

30

Temblores de Petatlán y Tecpan de Galeana, Guerrero18 de abril , 8 y 10 de mayo 2014

Lázaro Cárdenas

Petatlán

Epicentro

Brecha de Guerrero

Puente Cuajilote

Epicentro8 de mayo 2014 M=6.4 Acapulco

Epicentro18 de abril 2014 M=7.2

Epicentro10 de mayo 2014 M=6.1

63096

60000

70000

NÚMERO DE TEMBLORES PARA LIBERAR LA ENERGÍA DE UN TEMBLOR DE M=8.2

E = 10 (11.8 + 1.5 MS

)

31623

1584920000

30000

40000

50000

No. DE TEMBLORES

7943

39811995 1000 501 251 126 63 32 16 8 4 2

0

10000

5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0

N

MAGNITUD

31

EL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓNEL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓNEL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓN EL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓN ES EL EXCESO DE CONFIANZAES EL EXCESO DE CONFIANZA

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