evaluación de vulnerabilidad sísmica de pircas mediante
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Niveles de daño para muros de gravedad
Curvas de vulnerabilidad de viviendas de un piso
MAESTRIA EN
INGENIERÍA CIVIL
Evaluación de vulnerabilidad sísmica de
pircas mediante modelamiento numérico con
elementos discretos:
Los autores agradecen al CONVENIO DE GESTIÓN N° 232-2015 FONDECYT por el soporte brindado a la investigación.
Aplicación al caso de las pircas en Carabayllo, Perú
Criss Zanelli1, Dra. Sandra Santa Cruz2, PhD. Dominique Daudon3, Dr. Nicola Tarque4
1 Tesista ([email protected]). 2 Asesora ([email protected]).3 Co-asesora ([email protected]). 4 Co-asesor ([email protected])
Análisis estadístico de encuestas existentes
Estimación de la máxima aceleración de
la ladera (PGA*)
Cálculo de empujes y fuerzas inerciales
Implementación del modelo numérico
Análisis de la deriva máxima
Cálculo de curvas de vulnerabilidad
Modelo Calibrado
Fin
Inicio
Propiedades mecánicas de juntas
Sí
No
Visitas de campo
Recurrencia sísmica
GMPE
Efecto topográfico
Niveles de daño
Mapa sísmico del
Perú
Relleno
Pirca
Vivienda
Componentes de las viviendas en laderas(Zanelli et al., 2018) Pirca – sismo de Magnitud 5.2 en Lima
(Runa, 2007)1. I
NTR
OD
UC
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N2
. MET
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La sobrepoblación de Lima sumado a la falta de terrenos urbanos han ocasionado que cerca de tres millones de personas habiten en viviendas vulnerables en ladera (Carabayllo, S.J.L., V.M.T).
A partir de los resultados, se concluye que esta investigación contribuye al conocimiento de la vulnerabilidad sísmica de las pircas de Carabayllo.
En un sismo frecuente, como el de Lima (1974), las pircas bajas (1m.) quedarían con un 30% de daño estructural, mientras que las pircas medianas (1.5m.) y altas (3m.) quedarían con un 60% de daño.En un sismo ocasional, como el de Arequipa (2001), las pircas bajas quedarían con 70% de daño, mientras que las pircas medianas y altas colapsarían.
Las pircas son más vulnerables que las viviendas que sostienen, entonces se deberían tomar medidas emergentes de reforzamiento y así, minimizar la cantidad de damnificados y daños en un sismo.
En general, las viviendas en ladera están conformados por la vivienda (informal), el relleno (no controlado) y las pircas: muros de contención constituido por bloques de roca colocados con junta seca (DSRW).(El Comercio, 2018)
(NTP0.30, 2018)
Viviendas en ladera – S.J.L
Vu
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Car
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s
Pirca
0%
5%
10%
15%
20%
25%
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
Fre
cu
en
cia
Altura de pirca - H (m)
Rango 1 Rango 2 Rango 3
0%
5%
10%
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Fre
cu
en
cia
Ancho de pirca - A (m)
Rango
1Rango
2
Rango
3
Las tres pircas características representan el 71% de la población de la zona de estudio: la quebrada El Progreso, Carabayllo
Longitud/Altura=4
Encuesta: “Carabayllo Reduciendo Riesgos” 2015
Carabayllo
PGA (g)
Tr=475
years1.00
0.3
8
Niveles de
sismo
Periodo de
retorno
(años)
PGA
(g)
PGA*(g)
amplificado x1.20
Frecuente 43 0.18 0.22
Ocasional 72 0.22 0.27
Raro 475 0.42 0.51
Muy raro 970 0.51 0.61
Sismo frecuente PGA*=0.22gSismo frecuente PGA*=0.22g
Caso 2: Relleno en mitad de la altura
Pirca 2 (H=1.5m)
Bloques rígidos
La vulnerabilidad de pircas es mayor que la vulnerabilidad de las viviendas en ambos casos de relleno estudiados
Nivel de Daño
Derivamín
Daño
Leve 0 0Moderado 1.5% 15%Extensivo 5.0% 50%Completo 10.0% 100%
(PIANC, 2011)
El análisis de estabilidad numérica verifica la altura de bloques de 10 cm, la relación Longitud/Altura de pirca de 4 y propiedades de juntas
(CAPRA, 2014)
El sismo en laderas se amplifica debido a un efecto topográfico. Un sismo frecuente en las laderas de Carabayllo tendría un PGA* de 0.22g
Frente a un sismo, el empuje del relleno se amplifica y actúa la fuerza inercial de la pirca.
Áng. fricción: 28°. Peso esp: 17 KN/m3. Sobrecarga: 6 KN/m.
Caso1: Relleno en toda la altura
Método de Elementos Discretos (DEM)
F = Fn + Fs
Fn = kn δn
ΔFt = kt Δut
Ft < c Ac + µ Fn
µ: fricción
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 1 2 3 4
Z (m
)
Deriva fuera de plano (%)
Experimental centro
Teórico centro
Calibración del modelo con datos experimentales
Kn=1e8PaKt=5e7PaÁng_fricción=38°Cohesión=0 (DSRW)Cohesión=1e5Pa(Pirca)
DSRW- escala natural Modelo del DSRW
(Colas et al., 2013)
Es necesario estudiar el desempeño de las pircas frente a sismos de diversas intensidades.
Objetivo general: Contribuir con el conocimiento de la vulnerabilidad sísmica de las pircas en la quebrada El Progreso, Carabayllo.
0
20
40
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0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
% D
año
est
ruct
ura
l
PGA (g)Pirca 1 (H=1.0m) Pirca 2 (H=1.5m) Pirca 3 (H=2.0m)No Tecnificado (H) No Tecnificado (G) Madera (G)Madera (H)
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% D
año
est
ruct
ura
l
PGA (g)
Pirca 1' (H=1.0m) Pirca 2' (H=1.5m) Pirca 3' (H=2.0m)
No Tecnificado (G) No Tecnificado (H) Madera (G)
Madera (H)
Caso 1 Caso 2
Mecanismo de
Resistencia
en las juntas
Muro: DSRW Pircas Efecto: Fricción Trabazón
Parámetros 1: Ángulo de fricción Cohesión ficticia
Parámetros 2: Ángulo de fricción Ángulo de fricción
adicional
Actualización de fuerzas en las
juntasVelocidades
relativas en las juntas
Actualización del movimiento de
bloques
Fuerzas en el centroide de
bloquesCiclo de cálculo 3DEC
Peso esp: 25 KN/m3Vacíos: 15%
Colapso de la Pirca 2
Mapa sísmico Corte A-A’ Elevación del corte A-A’