Arianna Guardiola-Víllora1 Luisa Basset-Salom1

Dep. Mecánica Medios Continuos y Teoría de Estructuras/Universitat Politècnica de València1

XXXIV SALÓN TECNOLÓGICO DE LA CONSTRUCCIÓN EXCO 2020INTERNATIONAL ITINERANT EXHIBITION “RESEARCH IN BUILDING ENGINEERING – EXCO’20” ‐ Valencia SPAIN

1. DESCRIPCIÓN DE CIUTAT VELLA"Ciutat Vella“ (Valencia) es uno de los centros históricos más grandes de Europa (169,10 ha), declarado Bien de Interés Cultural en 1993 (Imagen 1).El 69% de los edificios residenciales construidos entre 1700 y 2017, tiene un sistema constructivo consistente en muros de carga de mampostería deladrillo no reforzado (URM) con forjados unidireccionales de vigas de madera o acero y viguetas con revoltones de ladrillo. El 26% tiene estructura depórticos de hormigón armado, y solo el 5% tiene pórticos de estructura metálica. Las tipologías estructurales identificadas se clasifican según la matriz detipologías estructurales (BTM) propuesta por Risk-UE [7] (Tabla 1).

2. EVALUACIÓN DE LA VULNERABILIDAD SÍSMICALa vulnerabilidad de los edificios residenciales de Ciutat Vella se ha evaluado con el métodoRisk.UE nivel 1 [7], que asigna a cada tipología estructural, el índice de vulnerabilidad másprobable VI*, los límites del intervalo de los valores plausibles [VI-; VI+ ] junto con los límitesinferior y superior de los valores posibles [VImin; VImax] [3]. La Tabla 2 muestra los valores deesos Índices para las tipologías de los edificios residenciales en Ciutat Vella. El índice devulnerabilidad final, VI se calcula añadiendo al índice de vulnerabilidad (VI*) el modificadorregional, ΔVR y los modificadores de comportamiento, ΔVm [5] [6] [8]. Los datos se hanimplementado en una base de datos vinculada a un sistema SIG. Los mapas que muestranel índice de vulnerabilidad sísmica y la clase de vulnerabilidad de cada edificio de CiutatVella se muestran en las Imágenes 2 y 3, respectivamente.

3. ESCENARIOS DE RIESGO SÍSMICOSe han considerado 3 escenarios de riesgo sísmico: uno determinista cuya intensidad (VII [2]) se ha definido a partirdel terremoto de Carlet de 1872 y dos probabilistas (VI y VII-VIII) definidos a partir del mapa regional de intensidadsísmica esperada [9].

3. SEISMIC HAZARD SCENARIOS

Three scenarios have been considered: A deterministic with an intensity (VII [2]) taken from the 1872 Carlet earthquakeand two probabilistic (VI and VII-VIII) defined based on the regional maps of expected seismic intensity [9].

5. ESTIMACIÓN DE PÉRDIDAS DE ECONÓMICAS Y ESCOMBROS GENERADOSLos costos de reparación/sustitución del edificio se calculan considerando el áreaconstruida, la probabilidad de cada estado de daño y los costos por metro cuadrado. Losresultados de la superficie destruida se muestran en la imagen 6. Los escombrosgenerados se han obtenido considerando una aproximación empírica [1] basada enobservaciones de daños ocurridos en terremotos pasados.

VULNERABILIDAD SÍSMICA Y ESCENARIOS DE DAÑO DE CIUTAT VELLA, VALENCIASEISMIC VULNERABILITY AND DAMAGE SCENARIOS IN CIUTAT VELLA, VALENCIA

Imagen 1. Ciutat Vella (Ayuntamiento de Valencia)Image 1. Ciutat Vella (Valencia City Council)

MATERIAL MATERIALS

TIPOLOGÍASTYPOLOGIES

DEFINICIONES/ DEFINITION

MAMPOSTERIAMASONRY

M3.1Muros de carga de mampostería no reforzada con forjados de viguetas de madera y revoltones de ladrillo. Unreinforced masonry bearing walls with floors made with timber joists and brick vaults

M3.3Muros de carga de mampostería no reforzada con forjados de viguetas de acero y revoltones de ladrillo. Unreinforced masonry bearing walls with floors made with steel joists and brick vaults

M3.4Muros de carga con forjados de hormigón. Bearing walls with concrete joists floors

M4Muros de carga de mampostería confinada o reforzada. Reinforced or confined masonry bearing walls

M5Edificios de mampostería totalmente reforzados. Overall strengthenedmasonry buildings

HORMIGÓNCONCRETE

RC1 Pórticos de hormigón. Concrete moment frames

RC3.2Pórticos irregulares de hormigón con muros de relleno de mampostería. Irregular concrete frames with masonry infill walls

ACEROSTEEL

S1 Pórticos de acero. Steel Moment Frames

S3Pórticos de acero con muros de relleno de mampostería. Steel frame with masonry infill walls

TIPOLOGÍATYPOLOGY

VImin VI- VI* VI+ VI

max

M3.1 0.460 0.650 0.740 0.830 1.020M3.3 0.460 0.527 0.704 0.830 1.020M3.4 0.300 0.490 0.616 0.793 0.860M4 0.140 0.330 0.451 0.633 0.700M5 0.300 0.490 0.694 0.953 1.020RC1 -0.020 0.047 0.442 0.800 1.020RC3.2 0.060 0.127 0.522 0.880 1.020S1 -0.020 0.467 0.363 0.640 0.860S3 0.140 0.330 0.484 0.640 0.860

Tabla 1. Matriz de tipologías de Ciutat VellaTable 1. Building Typology Matrix in Ciutat Vella

Tabla 2. índice de vulnerabilidad para las tipologías residenciales de Ciutat Vella [7]

Table 2. Vulnerability Index for the residential buildingtypologies in Ciutat Vella [7]

Imagen 5. Distribución del índice de daño medio (Dsm) para intensidades VI, VII y VII-VIII.Image 5. Mean damage index distribution (Dsm) for intensities VI, VII and VII-VIII.

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

1700‐1799 1800‐1899 1900‐1940 1941‐1974 1975‐1996 1997‐2004 > 2004

m2 to be replaced

INT VI INT VII INT VII‐VIII

Imagen 6. Superficie construida destruida (m2) según la edad de la edificación.Image 6. Destroyed built area (m2)

according to the age of the buildings.

Imagen 8. Área de muestra para calcular la acumulación de escombros. Peso y espesor de la capa sobre las calles

Image 8. Sample area to evaluate the debris accumulation. Weight and thickness of the layer on the roads

REFERENCIAS/REFERENCES[1] FEMA-NIBS, Federal Emergency Management Agency National Institute of Building Sciences, (2000) HAZUS-1999 Earthquake loss estimation methodology technical manual, Washington, D.C., USA[2] Giner J.J., Molina S., Jáuregui P. J. (2003). Sismicidad en la Comunidad Valenciana, Física de la Tierra 15:163-187.http://revistas.ucm.es/index.php/FITE/article/view/12668[Accessed 27/04/2018].[3] Giovinazzi, S., Lagomarsino, S. (2004). A Macroseismic Method for the Vulnerability Assessment of Buildings, Proc.of the 13th WorldConference on Earthquake Engineering,, 1-6 August, 2004, Paper No. 896.[4] Grünthal G (1998). European Macroseismic Scale 1998. In: Cahiers du CVancouver, Canadaentre Européen de Géodynamique et deSéismologie, 15, Luxembourg, 99p[5] Lantada N. (2007). Evaluación del riesgo sísmico mediante métodos avanzados y técnicas GIS. Aplicación a la ciudad de Barcelona.PhD Thesis. U.P. Cataluña, Barcelona[6] Martínez-Cuevas S., Benito M.B., Cervera J., Morillo M.C, Luna, M. (2017). Urban modifiers of seismic vulnerability aimed at UrbanZoning Regulations. Bull Earthquake Eng 15:4719–4750 DOI 10.1007/s10518-017-0162-2[7] Milutinovic ZV, Trendafiloski GS (2003) WP04. Vulnerability of current buildings. RISK-UE project: an advanced approach to earthquakerisk scenarios with applications to different European towns. Inst. of Earthquake Engineering and Engineering Seismology (IZIIS), Skopje.[8] Tomás A, Ródenas J. L., García-Ayllón S. (2017). Proposal for new values of behaviour modifiers for seismic vulnerability evaluation ofreinforced concrete buildings applied to Lorca (Spain) using damage data from the 2011 earthquake. Bull Earthquake Eng 15:3943–3962DOI 10.1007/s10518-017-0100-3[9] URSUA. Unidad de Registro Sísmico Universidad de Alicante (2010). Mapas de Intensidad sísmica esperada en la ComunidadValenciana incluyendo efecto del sitio http://web.ua.es/ursua [Accessed 5 October 2017].

6. CONCLUSIONESLos resultados muestran que la vulnerabilidad en Ciutat Vella es alta y el riesgo sísmico significativo. Para un escenariosísmico de intensidad VII-VIII, se destruiría el 8% del área residencial construida, correspondiendo el 68% a edificioscatalogados en el Plan de Protección Especial de Ciutat Vella, construidos principalmente entre 1800-1940.El volumen de escombros esperados es relevante, debiendo tenerse en cuenta en el plan de evacuación de CiutatVella. Es imperativo proteger, no sólo los edificios, con objeto de salvaguardar el patrimonio, si no también minimizarlas pérdidas humanas y económicas en caso de un evento sísmico. Asimismo, debería evaluarse la vulnerabilidad delos edificios incluidos en los planes de rehabilitación, utilizando métodos de evaluación más avanzados y precisos.

6. CONCLUSIONSResults show that the vulnerability in Ciutat Vella is high and the seismic risk is significant. For a seismic scenario ofintensity VII-VIII, 8% of the total built residential area will be destroyed from which 68% correspond to residentialbuildings listed in the Special Protection Plan of Ciutat Vella, mainly built from 1800-1940.The volume of expected debris is relevant, hence, it should be taken into account in the evacuation plan of Ciutat Vella.It is therefore imperative, to establish criteria for intervention not only in protected buildings, to safeguard the heritage,but also to minimise human and economic losses. Likewise, the vulnerability of buildings included in rehabilitation plansshould be assessed, by applying more advanced and accurate methods.

1. DESCRIPTION OF CIUTAT VELLA

“Ciutat Vella” (Valencia) is one of the biggest historic centres in Europe (169.10 ha) declared in 1993 Asset of Cultural Interest. (Image 1). The 69 % of theresidential buildings built from 1700 to 2017, have a construction system which consists of unreinforced brick masonry load-bearing walls (URM) with one-way floors with timber or steel beams and joists with brick vaults infills. 26% of the residential buildings have reinforced concrete framed structures and only5% have a steel framed structure with masonry infill walls. The identified structural typologies are classified, according to the Building Typology matrix (BTM)proposed by Risk-UE [7] (Table 1).

2. SEISMIC VULNERABILITY ASSESSMENT

The vulnerability of Ciutat Vella residential buildings has been assessed with the Risk-UE level 1 [7], which assigns, to each building structuraltypology, the most likely vulnerability index VI*, the endpoints of the plausible interval [VI-; VI+] together with the lower and upper bounds of thepossible values [VImin; VImax] [3]. Table 2 shows the values of these Indices for the residential building typologies in Ciutat Vella.

The final vulnerability index, VI is obtained by adding to the typological vulnerability index (VI*) a regional modifier, ΔVR, and the behaviour modifiers, ΔVm [5] [6] [8]. Data have been implemented in adatabase linked to the corresponding GIS mapping tool. Maps representing the seismic vulnerability index and vulnerability class of each building in Ciutat Vella are shown in Images 2 and 3 respectively.

Imagen 2. Mapa del índice de vulnerabilidad. Image 2. Map of Vulnerability Indices

Imagen 3. Mapa de las clases de vulnerabilidad. Image 3. Map of Vulnerability classes

4. ESCENARIOS DE DAÑO SÍSMICOEl daño sísmico esperado se caracteriza por el grado de daño medio D, que varía de 0 a 5 (sin daños o daño nuloD0, leve D1, moderado D2, grave D3, muy grave D4 y Destrucción D5), según la escala macrosísmica EMS-98 [4]. Seha calculado la probabilidad de daño asociada a cada estado de daño y cada escenario sísmico, obteniendo la matrizde probabilidad de daño (DPM) para cada tipología estructural (imagen 4), representando los resultados en la imagen5. A pesar de no ser Valencia, una zona de alta sismicidad, y considerando que la mayoría de los edificios se clasificancomo clase B, se esperan daños leves (D1) o moderados (D2) para los edificios residenciales en Ciutat Vella, exceptopara la intensidad VII-VIII en el que pueden ocurrir daños graves (D3)

4. SEISMIC DAMAGE SCENARIOS

The expected seismic damage is characterized by the mean damage grade D, ranging from 0 to 5 (No damage/undamaged D0, Slight D1, Moderate D2, Substantial to Heavy D3, Very Heavy D4 andDestruction D5), according to the European Macro-seismic Scale EMS-98 [4]. The probability associated to each damage grade for each seismic scenario is calculated, obtaining the damage probabilitymatrices (DPM) for each building typology (image 4). Showing the results in image 5. Not being Valencia a zone of high seismicity, although the majority of the buildings are classified as class B, slight(D1) or moderate (D2) damage is expected for the residential building stock in Ciutat Vella, except from the intensity VII-VIII in which substantial to heavy damage (D3) may occur

5. ECONOMIC LOSSES ESTIMATION AND DEBRIS GENERATED

The building repair/replacement costs are calculated by multiplying the floor area, the probability of being in the givendamage state and the repair/replacement costs per square metre. Results of the destroyed built área are shown inimage 6. The debris generated have been estimated by means of an empirical approach [1] which is based onobservations of damage occurred in past earthquakes. A sample of ten blocks (Figure 7) has been analysed. Resultsshow that the calculated volumes of debris and their accumulation over the narrow streets are relevant and should betaken into account when designing the evacuation plan to facilitate the rescue of victims.

INTENSIDAD VI INTENSITY VI

INTENSIDAD VII INTENSITY VII

INTENSIDAD VII-VIII INTENSITY VII-VIII

ESCOMBROS/DEBRIS

INT VIPeso/weight: 20800 TEspesor/thickness: 6 cm

INT VIIPeso/ weight : 84257 T Espesor/ thickness : 23 cm

INT VII-VIIIPeso/ weight : 162811 TEspesor/ thickness : 42 cm

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

M3.1

M3.1

M3.3

M3.3

M3.4

M3.4

M4

M4

M5

M5 S1 S1 S3 S3

RC1

RC1

RC3.2

RC3.2

DAMAGE PROBABILITY MATRIX  INT VI

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

M3.1

M3.1

M3.3

M3.3

M3.4

M3.4

M4

M4

M5

M5 S1 S1 S3 S3

RC1

RC1

RC3.2

RC3.2

DAMAGE PROBABILITY MATRIX  INT VII

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

M3.1

M3.1

M3.3

M3.3

M3.4

M3.4

M4

M4

M5

M5 S1 S1 S3 S3

RC1

RC1

RC3.2

RC3.2

DAMAGE PROBABILITY MATRIX   INT VII‐VIII

Imagen 4. Matrices de probabilidad de daño para cada escenario sísmico.Image 4. Damage Probabilities Matrices for each seismic scenario.

prob D0

prob D1

prob D2

prob D3

prob D4

prob D5

Se ha analizado la muestra de diez bloques (imagen 7). Los resultados muestran que el volumen de escombros y su acumulación en las estrechas calles se deben tener en cuenta para facilitar el rescate de las víctimas.