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Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería 3-18-2019 Análisis de la vulnerabilidad de los escenarios producidos por Análisis de la vulnerabilidad de los escenarios producidos por eventos sísmicos para viviendas provisionales ubicadas en el eventos sísmicos para viviendas provisionales ubicadas en el barrio Terreros, Soacha barrio Terreros, Soacha Gilian Jasbleidy Miranda Guevara Universidad de La Salle, Bogotá Mateo Madera Sánchez Universidad de La Salle, Bogotá Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil Part of the Civil Engineering Commons Citación recomendada Citación recomendada Miranda Guevara, G. J., & Madera Sánchez, M. (2019). Análisis de la vulnerabilidad de los escenarios producidos por eventos sísmicos para viviendas provisionales ubicadas en el barrio Terreros, Soacha. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/510 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. 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GILIAN JASBLEIDY MIRANDA GUEVARA MATEO MADERA SÁNCHEZ Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de ingeniero civil. DIRECTOR TEMÁTICO ING. ÁLVARO RODRÍGUEZ PAEZ UNIVERSIDAD DE LA SALLE PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL BOGOTÁ D.C 2019 Bogotá D.C, 18 de marzo de 2019. AGRADECIMIENTOS Queremos agradecer a todas las personas que nos apoyaron y creyeron en nosotros para el desarrollo de este proyecto, gracias a la Universidad de la Salle por brindarnos una educación bien fundamentada para nuestra formación profesional y ética, a cada uno de los profesores e ingenieros quienes nos brindaron de su tiempo y su sabiduría, especialmente al ingeniero director de la investigación Álvaro Rodríguez Páez y al ingeniero Mauricio Said por su compromiso y dedicación en el desarrollo del mismo. DEDICATORIA Este proyecto se lo dedico principalmente a Dios, a mis padres, Jorge Eliécer Miranda y Liliana Guevara quienes han sido parte fundamental en el desarrollo de mi carrera y mi vida, a quienes les agradezco por ser esas personas comprensivas y pacientes, pues gracias a ellos estoy culminando una de mis metas propuestas en la vida. A mi hermana Paola Miranda quien ha sido un gran apoyo en el transcurso de este paso y me ha motivado a seguir adelante, así como también a las personas que de alguna manera estuvieron presentes en el desarrollo de este trabajo. Gilian Jasbleidy Miranda Guevara Este proyecto está dedicado a todas las personas que han sido parte de mi formación profesional y personal a lo largo de mi vida, especialmente a mis padres Edgar Antonio Madera Guacaneme y Esperanza Sánchez Sánchez por su apoyo incondicional en todos los aspectos de mi vida. Mateo Madera Sánchez . Tabla de contenido Introducción ....................................................................................................................................... 9 Resumen del proyecto ..................................................................................................................... 10 Descripción del proyecto ................................................................................................................. 14 Formulación del problema ......................................................................................................... 16 Objetivos .......................................................................................................................................... 16 Objetivo general .......................................................................................................................... 16 Objetivos específicos ................................................................................................................... 17 Marco referencial ............................................................................................................................ 17 Antecedentes históricos ............................................................................................................... 17 Marco teórico ............................................................................................................................... 23 Vulnerabilidad ........................................................................................................................... 23 Amenaza .................................................................................................................................... 27 Análisis de amenazas ................................................................................................................ 28 Sismo ......................................................................................................................................... 28 Modelación SIG por medio de Arcgis ....................................................................................... 29 Marco legal .................................................................................................................................. 30 Trabajo ingenieril ............................................................................................................................ 35 Factores relevantes presentes en la zona de estudio. ................................................................ 35 Temperatura. ............................................................................................................................. 35 Precipitación. ............................................................................................................................ 35 Amenaza por procesos de remoción en masa (Deslizamientos) ............................................... 36 Amenaza por inundación. .......................................................................................................... 37 Trabajo en campo. ...................................................................................................................... 37 Modelación en SAP v. 20 ............................................................................................................ 38 Modelo 1. Configuración actual de una vivienda ..................................................................... 38 Modelo 2. Modelación en ETABS v.16 de una vivienda actual con carga sísmica reducida. .. 57 Modelo 3. Propuesta de un modelo aporticadodiseñado para resistir el 100% de la carga sísmica y gravitacional. ............................................................................................................. 62 Análisis de vulnerabilidad. ......................................................................................................... 87 Matriz de vulnerabilidad. ........................................................................................................... 87 Determinación del factor económico. ........................................................................................ 89 Visualización de la vulnerabilidad en ArcGIS.......................................................................... 89 Análisis de resultados ...................................................................................................................... 96 Conclusiones .................................................................................................................................. 107 Bibliografía .................................................................................................................................... 109 Libros ......................................................................................................................................... 109 Revistas....................................................................................................................................... 109 Cibergrafía ................................................................................................................................. 110 Listado de ilustraciones Figura 1. Amenaza sísmica del Departamento de Cundinamarca .................................................... 11 Figura 2. Zonas de Amenaza sísmica aplicable a edificaciones para la NSR-10 en función de Aa y Av ...................................................................................................................................................... 12 Figura 3. Aspectos principales para la evaluación preliminar de la edificación .............................. 19 Figura 4. Clasificación de las amenazas según el origen ................................................................. 27 Figura 5. Histograma anual de precipitación de Soacha .................................................................. 36 Figura 6. Inventario descriptivo de una vivienda ............................................................................. 38 Figura 7. Configuración geométrica del primer modelo .................................................................. 39 Figura 8. Secciones de las vigas y las columnas del primer modelo ................................................ 40 Figura 9. Coeficiente de amplificación Fa ....................................................................................... 41 Figura 10. Coeficiente de amplificación Fv ..................................................................................... 41 Figura 11. Espectro de diseño para el modelo 1............................................................................... 43 Figura 12. Áreas aferentes de las vigas de cubierta del primer modelo dadas en m2 ....................... 46 Figura 13. Asignación de cargas a las vigas de cubierta del primer modelo ................................... 48 Figura 14. Sección para el cálculo de la inercia. .............................................................................. 50 Figura 15. Primer modelo elaborado mediante ETABS. ................................................................. 57 Figura 16. Espectro de diseño del 80% ............................................................................................ 59 Figura 17. Áreas aferentes de las vigas del segundo nivel para el tercer modelo ............................ 64 Figura 18. Diagrama de interacción de las columnas. ...................................................................... 75 Figura 19. Franja longitudinal .......................................................................................................... 79 Figura 20. Franja transversal ............................................................................................................ 81 Figura 21. Definición del material del tercer modelo ...................................................................... 82 Figura 22. Secciones de las columnas y las vigas del tercer modelo ............................................... 83 Figura 23. Asignación de cargas del tercer modelo ......................................................................... 83 Figura 24. Espectro de diseño para el tercer modelo ....................................................................... 84 Figura 25. Matriz de vulnerabilidad en forma cualitativa de todas las viviendas. ........................... 88 Figura 26. Matriz de vulnerabilidad en forma cuantitativa de todas las viviendas. ......................... 88 Figura 27. Shapefile de "sismo" para cada vivienda. ....................................................................... 92 Figura 28. Visualización del raster de la amenaza sísmica. ............................................................. 93 Figura 29. Visualización de la reclasificación del algebra de mapas en dos categorías. ................. 95 Figura 30. Visualización del proyecto en Google Earth. ................................................................. 96 Figura 31. Histograma de vulnerabilidad sísmica de las veinte viviendas ....................................... 98 Figura 32. Vulnerabilidad frente a diecisiete amenazas ................................................................. 102 Figura 33. Precipitaciones anuales y medias anuales de las estaciones IDEAM, Pasquilla, Santa María de Usme, UNAL, Las Vegas, Vivero Venado de Oro, San Jorge, Alto San Miguel, Preventorio Infantil, Acapulco, La Unión y Australia. ................................................................... 105 Listado de tablas Tabla 1. Clasificación de las amenazas para el municipio de Soacha según su tipo y nivel de riesgo. ........... 15 Tabla 2. Amenaza de tipo natural .................................................................................................................... 23 Tabla 3. Amenaza de tipo tecnológica ............................................................................................................. 24 Tabla 4. Amenaza de tipo social ...................................................................................................................... 24 Tabla 5. Rangos para el nivel de probabilidad ................................................................................................. 25 Tabla 6. Nivel de probabilidad según cada pregunta ....................................................................................... 25 Tabla 7. Rangos para el nivel de gravedad según cada factor ......................................................................... 25 Tabla 8. Categorización de los niveles de gravedad de acuerdo con cada factor ............................................ 26 Tabla 9. Análisis de vulnerabilidad ................................................................................................................. 27 Tabla 10. Propiedades mecánicas del superboard y la madera de pino ........................................................... 39 Tabla 11. Parámetros y valores de coeficientes sísmicos ................................................................................ 42 Tabla 12. Datos para el cálculo de la carga muerta de cubierta ....................................................................... 44 Tabla 13. Datos para el cálculo de la carga muerta de cielo raso .................................................................... 44 Tabla 14. Datos para el cálculo de la carga vivade la cubierta ....................................................................... 45 Tabla 15. Cargas vivas y muertas asignadas a las vigas de la cubierta del primer modelo ............................. 47 Tabla 16. Propiedades físicas y mecánicas del superboard ............................................................................. 48 Tabla 17. Momento resistente de una placa de superboard por metro lineal ................................................... 51 Tabla 18. Tabla resumen de momentos por SAP frente al momento resistente. .............................................. 52 Tabla 19. Tabla resumen de momentos dados por ETABS frente al momento resistente. .............................. 54 Tabla 20. Tabla resumen de derivas por ETABS para el primer modelo ........................................................ 55 Tabla 21. Tabla resumen de momentos y esfuerzos por ETABS frente al momento resistente, con carga sísmica reducida ............................................................................................................................................... 59 Tabla 22. Tabla resumen de derivas por ETABS con carga sísmica reducida del 80% .................................. 61 Tabla 23. Tabla resumen de las cargas muertas y vivas en las vigas del segundo nivel del tercer modelo ..... 65 Tabla 24. Tabla resumen de los valores, esfuerzos, fuerzas, carga nominal y momento nominal con valores variados de c ..................................................................................................................................................... 73 Tabla 25. Tabla resumen de las cargas y momentos nominales, ϕ y resistencia nominal reducida de diseño . 74 Tabla 26. Carga total QT de la losa de fundación ............................................................................................ 76 Tabla 27. Cálculo de la posición del punto de aplicación de las cargas .......................................................... 77 Tabla 28. Altura útil de la losa "d” .................................................................................................................. 78 Tabla 29. Chequeo de la rigidez de la losa ...................................................................................................... 80 Tabla 30. Cálculo del acero longitudinal de la losa de fundación ................................................................... 81 Tabla 31. Cálculo del acero transversal de la losa de fundación ..................................................................... 82 Tabla 32. Tabla resumen de vigas de segundo nivel con cortantes y momentos máximos extraídos de ETABS comparados con el diseño ................................................................................................................................. 85 Tabla 33. Resumen de las fuerzas axiales y momentos extraídos de ETABS comparados con el diagrama de interacción ........................................................................................................................................................ 86 Tabla 34. Derivas de las columnas extraídas de ETABS ................................................................................. 86 Tabla 35. Coordenadas elipsoidales de cada marcador. .................................................................................. 90 Tabla 36. Coordenadas planas cartesianas de los marcadores. ........................................................................ 91 Tabla 37. Porcentajes de importancia de cada amenaza. ................................................................................. 94 Tabla 38. Análisis estadístico de la vulnerabilidad sísmica a partir de las encuestas ...................................... 96 Tabla 39. Valor económico de afectación producido por escenarios sísmicos .............................................. 106 9 Introducción La población colombiana a lo largo de los años se ha visto afectada por distintas amenazas (naturales o antrópicas) que perjudican el común desarrollo de las actividades de las poblaciones más vulnerables en las distintas regiones del país. En este proyecto se evaluó y clasificó el nivel de vulnerabilidad de veinte (20) viviendas provisionales ubicadas en el barrio Terreros, Soacha frente a fenómenos sísmicos y otras amenazas. Para el desarrollo de este trabajo se utilizaron cuatro etapas; la primera consistió en una revisión bibliográfica acerca del tema y también de la identificación de factores que fueran relevantes para el desarrollo del mismo. La segunda fase consistió en la recopilación de información por medio del trabajo de campo realizado (encuestas y fotografías). En la tercera fase se realizó el análisis de vulnerabilidad de cada vivienda a partir de la información obtenida en la fase dos y se obtuvo la matriz de vulnerabilidad por medio de encuestas realizadas a los habitantes pertenecientes a este sector de la investigación, y seguidamente se analizaron tres modelos. El primero se hizo mediante el software SAP 2000 v.20. A partir de este programa se analizaron cargas gravitacionales y sísmicas propias de la zona de investigación de una estructura compuesta por muros bidimensionales hechos en superboard, representando la configuración actual de una vivienda del presente proyecto. Como los resultados obtenidos por este software presentaron inconsistencias se optó por sustituir el SAP 2000 v.20 por el ETABS v.16. Mediante este programa se analizaron los tres modelos. El segundo contó con la misma estructura del primero modelo, sin embargo, en este se buscó el porcentaje de carga sísmica que podría resistir esta estructura; posteriormente el tercer modelo consistió en realizar una propuesta a partir de un sistema aporticado de concreto reforzado que resistiera las cargas gravitacionales propias de la vivienda y las cargas sísmicas propias de la zona de investigación. 10 Por último, en la fase cuatro se creó mediante la herramienta Arcgis, shapefiles que permitieron visualizar tanto la ubicación como los niveles de vulnerabilidad presentados en cada vivienda en un Sistema de Información Geográfica (SIG), y por medio de un análisis económico se determinó el valor actual en pesos colombianos de cada vivienda y a partir de la vulnerabilidad sísmica obtenida en la fase tres se halló la afectación económica de estas viviendas en caso tal de que sucediera un sismo con las características de evaluación en este proyecto. Resumen del proyecto Terreros es un barrio ubicado dentro de la comuna San Mateo del Municipio de Soacha situado en el Departamento de Cundinamarca, a 24,7 Km de la ciudad de Bogotá, y cuenta con aproximadamente 63500 habitantes. Dentro del contexto de sismicidad, el Departamento de Cundinamarca es considerado alto comparado con los demás Departamentos a nivel Nacional, así lo denota Segura (2015, p.31). De acuerdo con el Atlas Básico de amenaza sísmica del departamento de Cundinamarca, se observa que el territorio tiene zona de amenaza sistémica intermedia y alta con aceleraciones horizontales del terreno entre 0.1g y 0.4g para un periodo de retorno de 475 años (Figura 1). 11 Figura 1. Amenaza sísmica del Departamento de Cundinamarca Fuente: Atlas de Cundinamarca, dimensión ambiental, secretaria de planeación (2014). p.43 En el mapa se distinguen cuatro grandes zonas de aceleración sísmica; la zona de mayor vulnerabilidad se ubica entre las provincias de Medina Guavio, oriente y la zona sur de la provincia del Sumapaz y los municipios con amenaza alta son: Cabrera, Caqueza, Chipaque, Choachi, Fomeque, Fosca, Gachala, Gacheta, Gama Guasca, Guayabetal, 12 Gutiérrez, Junín, Macheta, Manta Medina, Paratebueno, Quetame, San Bernardo, Tibirita, Ubala, Ubaque, Une, Venecia. Los [demás] municipios se clasifican como amenaza intermedia (p.31).Igualmente, la NSR-10 sostiene que el departamento de Cundinamarca se encuentra en una zona de amenaza sísmica intermedia-alta como se puede apreciar en la Figura 2. Figura 2. Zonas de Amenaza sísmica aplicable a edificaciones para la NSR-10 en función de Aa y Av Fuente: NSR-10, Ttítulo A (2010). p.A-17 13 En el barrio Terreros donde se contempla este proyecto se encuentran delimitadas 20 viviendas fabricadas con un material poco usado en el ámbito de la construcción de edificaciones denominado Superboard. Dentro de este sector se ha evidenciado una posible amenaza de estas estructuras al estar sometidas principalmente a una zona considerada de intermedio riesgo de sismicidad. Según el mismo autor Segura (2015) “El Servicio Geológico Colombiano (antes Ingeominas) la amenaza sísmica en la región de Cundinamarca está asociada principalmente, con el sistema de fallas del Borde Llanero, y en menor medida con las fallas del Valle Medio del Magdalena” (p.31). Por medio de la guía para la elaboración del SG-SST, desarrollada para empresas cliente, con la asesoría por Positiva Compañía Seguros 2015 y los resultados obtenidos del análisis de los modelos realizados mediante ETABS v.16, se determinó la vulnerabilidad sísmica de este sector, así como con ayuda de herramientas del Sistema de Información Geográfica (ArcGIS) se crearon shapefiles que permitieron identificar de forma visual la vulnerabilidad sísmica de este proyecto. 14 Descripción del proyecto El municipio de Soacha es uno de los municipios en Cundinamarca con más población, actualmente se tiene una población estimada de 544.997 personas (DANE, Proyección Municipal, 2005, s.p) y según Segura (2015, p.22) “alrededor del 85% de los hogares que buscan un sitio para vivir en Cundinamarca prefiere los municipios de Tabio, Soacha, Mosquera y Funza entre otros”. Además “en el municipio confluyen diversas amenazas como remoción en masa, deslizamientos, inundaciones, fallas geológicas, explosiones y contaminación ambiental, riesgos industriales, accidentalidad vial y desplazamiento de Población por el conflicto armado interno” (Plan de emergencia municipio de Soacha, 2007, p.5). Soacha cuenta con una subdivisión compuesta por 6 comunas y las viviendas analizadas en esta investigación hacen parte de la comuna 5 “San Mateo” que según la descripción de su relieve se puede categorizar como un sector medio bajo (PEMS, s.f, p. 11), pero también estas viviendas están ubicadas en cercanía de las comunas catalogadas según su relieve como altas o pendientes. En cuanto a la presencia de fallas geológicas en el municipio de Soacha, es importante mencionar que cuenta con cinco fallas y que en la zona de estudio ubicada en la comuna 5 (San Mateo) hay una falla denominada Falla Terreros, que podría afectar a 214.873 habitantes en caso de que se generara una activación o movimiento de dicha falla (PEMS, s.f, p.12), también en el informe presentado por ASEO Internacional S.A E.S.P se presenta un riesgo de nivel alto frente a fenómenos sísmicos como se puede evidenciar en la Tabla 1. 15 Tabla 1. Clasificación de las amenazas para el municipio de Soacha según su tipo y nivel de riesgo. Clasificación de las amenazas para el municipio de Soacha según su tipo y nivel de riesgo. Amenaza Interpretación Ítem Amenaza Origen Riesgo 1 Movimientos sísmicos Natural Alto 2 Incendio Tecnológico Medio 3 Vendavales (Vientos fuertes) Natural Bajo 4 Granizadas Natural Medio 5 Explosiones Tecnológico Medio 6 Hurto, Robo, Atraco Social Alto 7 Atentado (Terrorismo) Social Medio Fuente: Adaptada de ASEO Internacional S.A, s.f Lo anterior hace mención a las características propias del terreno o zona de estudio del proyecto de investigación pero a esto se debió agregar un factor que fue influyente a la hora de analizar la vulnerabilidad frente a fenómenos sísmicos, y es que las veinte viviendas analizadas en esta investigación fueron entregadas en el año 2000 por la “Concesión Autopista Bogotá-Girardot” y están fabricadas en un sistema prefabricado siendo el superboard el material más utilizado junto con el drywall para la construcción de estas. Debido a que el sistema constructivo y los materiales utilizados no están reglamentados por la NSR-10 se tuvo mayores precauciones y algunas consideraciones extras para el análisis de la vulnerabilidad frente a fenómenos sísmicos. A través de los factores geológicos y poblacionales de las viviendas provisionales, se desarrolló este trabajo con miras a evaluar y clasificar la vulnerabilidad de cada una de las 16 viviendas utilizando metodologías que permitieron hacer una caracterización visual y el posterior manejo de los datos en un Sistema de Información Geográfico, que finalmente indicaron las condiciones de vulnerabilidad del total de las estructuras. Formulación del problema ¿Cuál es la magnitud y rango de vulnerabilidad frente a fenómenos sísmicos que presentan las veinte viviendas provisionales ubicadas en Terros, San Mateo? En cuanto a la delimitación del proyecto de investigación es importante mencionar que solamente se analizaron las veinte viviendas ubicadas en la dirección Calle 38 #19-30 Este, Barrio Terreros y se tuvo un tiempo estimado de 5 meses para su finalización. Respecto a la metodología desarrollada se consideró un espectro sísmico acogido bajo un estudio de suelos realizado cerca de la zona evaluada para el análisis de estas viviendas, ya que este proyecto no contó con la realización de un estudio de suelos debido a temas económicos. Además, se debe aclarar que la recolección de la información de las viviendas para ejecutar el inventario estuvo sujeta a la disponibilidad y aceptación de una persona mayor de edad huésped de esta. Objetivos Objetivo general Determinar la vulnerabilidad frente a fenómenos sísmicos para 20 Viviendas Provisionales ubicadas en el municipio de Soacha (Cundinamarca). 17 Objetivos específicos Realizar una inspección visual correspondiente al estado superficial de cada vivienda. Realizar el modelamiento de la vivienda en SAP para conocer los esfuerzos que debería soportar la residencia con un cierto espectro de diseño si su configuración fuera de concreto y compararlos con la resistencia del material Superboard. Producir shapefiles con los distintos niveles de vulnerabilidad de las veinte viviendas provisionales utilizando herramientas SIG. Realizar la evaluación económica para la recuperación de cada vivienda de acuerdo con la vulnerabilidad sísmica determinada. Marco referencial Antecedentes históricos Colombia es considerado un país geológicamente activo principalmente por estar formado por los complejos movimientos tectónicos de las placas de Nazca, Caribe, Cocos y Sudamericana; es por esto que en el transcurso del tiempo se han venido desarrollando algunas alternativas que ayudan a prevenir y mitigar diversos fenómenos naturales, en especial caso el de actividades sísmicas como lo es un estudio de vulnerabilidad. Esto ha permitido acumular experiencias sobre diferentes formas de analizar, valorar, conocer, e identificar los riesgos que se pueden presentar cuando un hecho de estos ocurre. A continuación, se presenta antecedentes de estudios realizados sobre vulnerabilidad sísmica. De acuerdo con el estudio de la vulnerabilidad sísmica estructural de una edificación tipo hospital realizado en el año 2004 en la ciudad de Bogotá por los ingenieros civiles Alfonso Amézquita, Édgar Eduardo Muñoz, José Quintero, y Miguel Forero, la 18 vulnerabilidad sísmica trae consigo una serie de factores determinantes a la hora de evaluar una edificación. Por consiguiente, en este estudio se llevaron a cabo una serie de procesos concluyentes a la realización de una vulnerabilidad sísmica. Para elloconsideraron el proceso en dos etapas: la primera consistió en realizar un levantamiento estructural y arquitectónico, una evaluación patológica de la estructura a estudiar, un análisis de suelos y cimentaciones y finalmente un estudio de Microzonificación sísmica. La segunda, vino dada por la evaluación de la vulnerabilidad sísmica estructural, para eso adoptaron una metodología particular llamada FEMA-310. De acuerdo a los lineamientos de esta guía se hizo una evaluación preliminar del comportamiento sismo resistente de la estructura. Mediante ésta se revisaron los aspectos principales relacionados con el comportamiento sísmico de la edificación: sistema estructural, sistema de resistencia a fuerzas laterales, conexiones, diafragmas, amenaza geológica, condición de la fundación y capacidad de la fundación como se puede apreciar en la Figura 3. A partir de la evaluación preliminar fue posible determinar el mecanismo de falla de las diferentes estructuras que componen el complejo del hospital. Para esto se establecieron los daños esperados de acuerdo con el comportamiento ante un sismo, según lo afirman los autores (2004). 19 Figura 3. Aspectos principales para la evaluación preliminar de la edificación Fuente: Amézquita A, Muñoz E, Quintero J, Forero M (2004) En el año 2005, en un estudio de resistencia y vulnerabilidad sísmicas de viviendas de bajo costo estructuradas con ferrocemento, realizado por Daniel Alveiro Bedoya Ruiz se determinaron varios factores importantes para facilitar el objetivo de esta investigación. Para ello, el desarrollo de esta se encuentra dividida en tres partes: la primera, el material ferrocemento y la vivienda a estudiar, la segunda, el comportamiento sísmico del ferrocemento y finalmente la tercera, hace una aproximación a la evaluación de la vulnerabilidad sísmica. Según Bedoya A (2005) para determinar esta fase se hace un 20 estudio de su fragilidad. Para ello se inspeccionaron 146 viviendas prefabricadas de pared delgada a base de cemento situadas en zonas donde la amenaza sísmica es entre intermedia y alta. Así se definió un modelo de vivienda tipo y se implementó una metodología probabilística que tiene en cuenta, de forma natural, las incertidumbres en la acción sísmica, en las características del material y en los parámetros estructurales de las viviendas. La simulación masiva del comportamiento dinámico no lineal de la vivienda tipo, ha permitido estimar curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. Un último capítulo de síntesis recoge las principales conclusiones y apunta futuras líneas de investigación. Los resultados de la evaluación de la vulnerabilidad mostraron que la mayoría de las viviendas tienen una probabilidad de daño leve superior al 90%, mientras que la suma de las probabilidades de los estados de daño moderado y severo es inferior al 5%. El comportamiento sísmico de este tipo de viviendas es bueno. Con todo, y al mismo tiempo, es necesario precisar que estos resultados se refieren a la vivienda típica tal como ha sido definida y modelada en este estudio. A pesar de la idoneidad del ferrocemento, los defectos constructivos y el nulo mantenimiento observados en el trabajo de campo pueden generar una mayor vulnerabilidad de la prevista. Para el año 2005, Cano et al, realizó una investigación relacionada al tema de vulnerabilidad sísmica denominada metodología para la evaluación del riesgo sísmico de pequeñas y medianas ciudades. Estudio de caso: zona centro de la ciudad de Armenia - Colombia. El desarrollo de este trabajo Cano tuvo como enfoque u objetivo principal permitir y evidenciar la vulnerabilidad de un predio y/o manzana para una zona de estudio determinada, además en este estudio se resalta que existen características propias de la edificación que contribuyen a un aumento o disminución de la vulnerabilidad y estas 21 pueden ser: año de construcción, altura, tipo de cubierta, sistema constructivo, entre otros. Además, también en esta metodología se tiene en cuenta las características del suelo sobre el cual esta cimentada la edificación. Dicha metodología fue usada para 2525 predios ubicados en el centro de la ciudad de Armenia (Quindío) en Colombia, contó también con el uso de un sistema de información geográfica permitiendo mostrar de forma esquemática la vulnerabilidad y los posibles escenarios de daño frente a los fenómenos sísmicos que posiblemente se pudieran presentar. Finalmente, a partir del desarrollo de esta investigación se llegó a la conclusión que la vulnerabilidad de una edificación o de un conjunto de estas, depende de las variables propias de la edificación y de las características del suelo sobre el cual esta cimentada la estructura. En el año 2007, Álvaro Rafael Caballero realizó un trabajo relacionado a la evaluación de la vulnerabilidad sísmica denominado determinación de la vulnerabilidad sísmica por medio del método del índice de vulnerabilidad en las estructuras ubicadas en el centro histórico de la ciudad de Sincelejo, utilizando la tecnología del sistema de información geográfica. Analizando las estructuras ubicadas en este sector, construidas hace más de dos décadas, este estudiante de maestría vio la necesidad de evaluar la vulnerabilidad sísmica por medio del método del índice de vulnerabilidad quien es el encargado de determinar el daño esperado para diferentes aceleraciones sísmicas a la cual están enfrentadas estas edificaciones. Como resultado final obtuvo que un gran número de estructuras muestran algunos problemas constructivos, estructurales y arquitectónicos, a lo cual se le atribuye en cierta medida un grado de culpabilidad alto a la antigüedad de estas construcciones. Estudio de vulnerabilidad sísmico estructural del ala antigua del convento hermanas de la visitación de santa maría de bosa realizado por Carolina Grimaldo Cárdenas, Miguel 22 Geovanny Torres Burgos, Yezid Fernando Castro Higuera, llevado a cabo en la ciudad de Bogotá en el año 2007. Para el desarrollo este proyecto de investigación fue necesario una recopilación de información existente, estudios de patología de la estructura, levantamiento estructural y la evaluación de la amenaza sísmica local, pues esta edificación fue construida en 1884 y por ende no contaba con ningún tipo de sistema estructural que cumpliera con las normas vigentes de sismo resistencia a nivel nacional. En este estudio de caso se evidenció que las características propias de construcción de la edificación representan un papel fundamental en el estudio de la vulnerabilidad de dicha edificación pues esta contaba con muchos de sus elementos estructurales en madera que no tenía la protección adecuada frente a la humedad y termino en muchos casos en deterioro casi total del elemento, además se llegó a la conclusión de que la edificación no tiene una cimentación adecuada factor que es detonante para el aumento de la vulnerabilidad de la edificación. Según Alex H. Barbat y Lluis Pujades de la Universidad Politécnica de Cataluña en su investigación evaluación de la vulnerabilidad y del riesgo sísmico en zonas urbanas. Aplicación a Barcelona realizada en el año 2007, se pretendía describir la posibilidad de evaluar escenarios de riesgo mediante el Método del Índice de Vulnerabilidad y teniendo en cuenta además las curvas de fragilidad sísmica y con esto a su vez tener presente las características mecánicas de los materiales. En este estudio se consideran los dos tipos de edificios más comunes que existen en la ciudad siendo estos los de mampostería no reforzada y los de hormigón armado con forjados reticulares. De acuerdo con los resultados obtenidos en este estudio se concluyó que muchos de los edificios presentes en la ciudad de Barcelona están en un riesgo significativo pese a que no se encuentran en una zona de alta sismicidad, y esto se debea que en esta zona se han presentado fenómenos con una 23 magnitud y capacidad de daño considerables y según los expertos si en una zona se han presentado sismos moderados o fuertes lo más común es que se vuelvan a presentar con el pasar del tiempo. Marco teórico En el desarrollo de esta investigación fue necesario establecer los conceptos relacionados con: Vulnerabilidad La vulnerabilidad es un factor primordial para el análisis de determinada población o comunidad frente a fenómenos antrópicos o naturales que pueden afectar el común desarrollo de actividades económicas, sociales y demás desarrolladas por dicha comunidad. Para el desarrollo del análisis de vulnerabilidad sísmica, el proyecto se apoyó en la Guía para la elaboración del SG-SST, desarrollada para empresas cliente, con la asesoría por Positiva Compañía Seguros 2015, quien en primera instancia clasifica las amenazas en 3 categorías: Naturales, tecnológicas y sociales como se puede apreciar en las tablas 2, 3 y 4 respectivamente. Tabla 2. Amenaza de tipo natural Amenaza de tipo natural NATURALES SISMO X VIENTOS O VENDABALES x LLUVIAS O GRANIZADAS X INUNDACIONES x MAREMOTOS x DESLIZAMIENTOS O AVALANCHAS X ERUPCIÓN VOLCÁNICA x EPIDEMIAS Y PLAGAS x Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) 24 Tabla 3. Amenaza de tipo tecnológica Amenaza de tipo tecnológica TECNOLÓGICOS INCENDIO x EXPLOSIÓN x FUGAS X DERRAMES DE SUSTANCIAS PELIGROSAS x INTOXICACIONES x CONTAMINACIÓN RADIACTIVA - BIOLÓGICA X ACCIDENTES VEHICULARES x ACCIDENTES DE TRABAJO CON MAQUINARIA x Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Tabla 4. Amenaza de tipo social Amenaza de tipo social SOCIALES ASALTO-HURTO x SECUESTRO X TERRORISMO x DESORDEN CÍVIL – ASONADAS x Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Esta guía analiza el nivel de probabilidad de ocurrencia frente a diferentes amenazas y el nivel de gravedad. Para el desarrollo de las encuestas se plantean veinticinco preguntas cada una con tres opciones de respuesta A, B o C, que de manera general significa si la condición se cumple, si la condición se cumple parcialmente y si la condición no se cumple respectivamente. Luego de esto se realiza un resumen con las diferentes calificaciones dadas a lo largo de la encuesta a cada pregunta referente a cada amenaza y con esto se logra dar una calificación cuantitativa tomando como base que las respuestas dadas con una respuesta de A corresponden a una calificación de 1, una respuesta de B corresponde a una calificación de 3 y por último una respuesta de C corresponde a una calificación de 5. Esto permite tener cuatro rangos para el nivel de probabilidad observados en la tabla 5; siendo el primer rango de cero a veinticinco, pues en caso de responder todas las preguntas con una respuesta de A el valor menor sería veinticinco y opuesto a esto si todas las preguntas 25 fuesen respondidas con un valor de C el valor máximo sería de ciento veinticinco. Además de la calificación cuantitativa también esta una calificación cualitativa que está relacionada con el rango o nivel de probabilidad que se obtuvo con la calificación cuantitativa como se ilustra en la tabla 6. Tabla 5. Rangos para el nivel de probabilidad Rangos para el nivel de probabilidad Tabla de comparación para el nivel de probabilidad 25 La vivienda presenta una baja probabilidad de ocurrencia 26-57 La vivienda presenta una mediana probabilidad de ocurrencia 58-92 La vivienda presenta una probabilidad media-alta que puede ocurrir en forma imprevista 93-125 La vivienda presenta una alta probabilidad de ocurrencia, se deben revisar todos los aspectos que puedan estar representando amenazas para las personas que permanecen en el edificio en un momento de emergencia. Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Tabla 6. Nivel de probabilidad según cada pregunta Nivel de probabilidad según cada pregunta 1 BAJA 2 MEDIA 3 MEDIA -ALTA 4 ALTA Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Una vez hallado el nivel de probabilidad, se calcula el nivel de gravedad que igualmente maneja una serie de preguntas con la misma notación de cada letra mencionadas anteriormente y su proceso de calificación, donde consideran el factor ser humano, factor recursos sobre la propiedad, factor sistemas y procesos, y el factor ambiental como se observa en la tabla 7. Tabla 7. Rangos para el nivel de gravedad según cada factor Rangos para el nivel de gravedad según cada factor Tabla de comparación para el nivel de gravedad Factor humano 16 Sin lesiones o lesiones sin incapacidad 17-37 Lesiones leves incapacitantes 38-58 Lesiones graves 59-80 Muerte 26 Factor recursos sobre propiedad 21 Destrucción 20% de las Instalaciones 22-50 Destrucción 30% de las Instalaciones 51-79 Destrucción 40% de las Instalaciones 80-105 Destrucción > 50% de las Instalaciones Factor sistemas y procesos 13 Suspensión hasta (2) dos días. 14-27 Suspensión entre (3) tres a (5) cinco días. 28-41 Suspensión de (6) seis a (9) nueve días. 42-65 Suspensión mayor a (9) nueve días. Factor ambiental 14 No hay contaminación significativa 15-32 Fuentes en áreas internas solamente. 33-51 Fuentes en áreas secundarias o áreas externas 52-70 Fuentes que afectan la comunidad Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Los resultados se expresan en 4 categorías: Insignificante, relevante, crítico y catastrófico como se aprecia en la tabla 8. Tabla 8. Categorización de los niveles de gravedad de acuerdo con cada factor Categorización de los niveles de gravedad de acuerdo con cada factor 1 INSIGNIFICANTE 2 RELEVANTE 3 CRÍTICO 4 CATASTRÓFICO Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Luego de conocer los niveles de probabilidad y gravedad la guía procede a realizar el análisis de vulnerabilidad, la cual emplea una matriz de vulnerabilidad que tiene en cuenta la clasificación de probabilidad de cada amenaza, y la clasificación de la gravedad que tuvo para cada factor y con estos datos se obtienen los porcentajes que relacionan la probabilidad con la gravedad frente a cada amenaza. Finalmente, se obtiene un porcentaje total de vulnerabilidad frente a cada amenaza y este porcentaje permite generar una clasificación de la vulnerabilidad a partir de unos rangos predeterminados como se muestra en la tabla 9. 27 Tabla 9. Análisis de vulnerabilidad Análisis de vulnerabilidad Análisis de vulnerabilidad 0 a 25 % Baja Vulnerabilidad 26 a 50 % Media Vulnerabilidad 51 a 75 % Media-alta Vulnerabilidad 76 a 100 % Alta Vulnerabilidad Fuente: Guía para la elaboración del SG-SST (2015) Amenaza Según la Unidad Nacional de Gestión del Riesgo de Desastres UNGRD (2010, p.25): La amenaza se puede entender como “el peligro latente de que un evento físico de origen natural, causado o inducido por la acción humana de manera accidental se presente con una severidad suficiente para causar pérdida de vidas, lesiones o impactos en la salud, así como también daños y pérdidas en los bienes, la infraestructura, los medios de sustento, la prestación de servicios y los recursos ambientales. La clasificación de la amenaza se puede hacer basados en la figura 4. Figura 4. Clasificación de las amenazas según el origen Fuente: UNGRD (2010) 28 Análisis de amenazas El objetivo del análisis es investigar las características típicas de dicha amenaza al igual que la población y territorio que esta afecta, teniendo en cuenta los eventos del pasado y los posibles procesos que genere una aceleración o que sirva como un agente catalizador para dicha amenaza todo con el fin de mitigar y evitar pérdidas económicas, culturales, humanas, entre otras (UNGRD, p. 26) Por otraparte, es importante mencionar que existen tres factores de clasificación para una amenaza según UNGRD (p. 28) y estas son: frecuencia, que habla acerca de la periodicidad del evento o amenaza que se presenta en dicha zona en términos de años, intensidad, “hace referencia a una medida cualitativa y cuantitativa de un fenómeno en un sitio específico” (UNGRD, p.28) y territorio afectado, que nos indica la cantidad en porcentaje de la zona que se ve alterada por un amenaza específica, dentro de estas también están los ríos, mares y cuerpos de agua en general. Sismo La amenaza sísmica en el municipio de Soacha es de nivel intermedio según la NSR-10, y de acuerdo a términos de vulnerabilidad, esto se puede deber en gran parte a la migración de población desplazada que se reubican en zonas de alto riesgo pues esto se evidencia también a nivel nacional según Campos A et al. (2012, p. 48) debido a que Colombia “cuenta con 46 millones de habitantes y los valores de localización urbana y rural se han invertido, a razón de las dinámicas sociodemográficas modernas, aunadas al desplazamiento forzado y al conflicto armado; por lo tanto, aumenta el nivel de 29 exposición”. Por otro lado, cerca del 86% de la población colombiana se localiza en zonas de amenaza sísmica alta y media (Campos et al., p. 49). Modelación SIG por medio de Arcgis Un SIG se define como un conjunto de métodos, herramientas y datos que están diseñados para actuar coordinada y lógicamente en la captura, almacenamiento, análisis, transformación y presentación de toda la información geográfica y sus atributos, con el fin de satisfacer múltiples propósitos. (Sistema de Información Geográfica, 2007). Los SIG’s han contribuido con un avance tecnológico desarrollado principalmente para gestionar y analizar la estructura espacial; a partir de esta modelación se pueden resolver problemas asociados a la agrupación de datos e información geográfica. La tecnología ArcGIS se compone de un sistema de partes que pueden ser organizados de forma escalable a partir de un software que proporciona todas las herramientas necesarias para crear y trabajar con datos geográficos, dentro de estas herramientas se disponen funcionalidades como: • Edición y automatización de datos • Mapeo y actividades basadas en mapas • Administración de datos • Análisis geográfico y organización de datos • Realización de operaciones de análisis espacial. • Sintetización de datos de diferentes fuentes. • Aplicaciones para internet 30 Además, permite realizar procesos detallados de algunas aplicaciones a las cuales el hombre ha sido limitado a efectuar como: • Catastro • Planificación urbana • Gestión de recursos naturales • Gestión de servicios • Rutas de transporte • Cartografía • Planificación comercial • Evaluación de riesgos y emergencias • Impacto ambiental • Estudios sociológicos y demográficos Marco legal Para el soporte legal del proyecto a desarrollar se tienen en cuenta las siguientes leyes y normativas relacionadas al tema. • Ley 1523 de 2012 Se establece el sistema nacional de gestión del riesgo, la responsabilidad, principios y definiciones con el fin de contribuir a la seguridad, el bienestar, la calidad de vida de las personas y el desarrollo sostenible. Considerando que esta es responsabilidad de entidades tanto públicas, privadas y comunitarias. La estructura organizacional del sistema nacional de gestión del riesgo está encabezada por el presidente de la República, seguidamente por el director para la unidad nacional de gestión del riesgo de desastre, gobernadores y alcaldes. 31 Las instancias de Orientación y Coordinación actuarán con el propósito de optimizar el desempeño de las diferentes entidades públicas, privadas y comunitarias en la ejecución de acciones de gestión del riesgo, así como el comité nacional para el conocimiento del riesgo, el comité nacional para la reducción del riesgo, el comité nacional para el manejo de desastres, el Consejo departamental para la gestión del riesgo y el Concejo Municipal para la gestión del riesgo. • Ley 400 de 1997 De acuerdo con esta ley se establecen criterios y requisitos mínimos para el diseño, construcción, y supervisión técnica de edificaciones con el fin de incrementar la resistencia a efectos inducidos por la naturaleza, reducir a un mínimo el riesgo de pérdidas humanas y defender el patrimonio del Estado y los ciudadanos. Se efectuarán responsabilidades a aquellos profesionales bajo cuya dirección se elaboran los diferentes diseños particulares de una construcción. La estructura organizacional de la "Comisión Asesora Permanente para el Régimen de Construcciones Sismo Resistentes" estará regida por un representante de la Presidencia de la República, un representante del Ministerio de Desarrollo Económico, un representante del Ministerio de Transporte, el representante legal del Instituto de Investigaciones en Geociencia, Minería y Química, Ingeominas, o su delegado, el Presidente de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS, o su delegado, quien actuará como secretario de la comisión, el Presidente de la Sociedad Colombiana de Ingenieros, SCI, o su delegado, el Presidente de la Sociedad Colombiana de Arquitectos, SCA, o su delegado, el Presidente de 32 la Asociación Colombiana de Ingeniería Estructural, ACIES, o su delegado, un representante de las organizaciones gremiales relacionadas con la industria de la construcción, el Presidente de la Cámara Colombiana de la Construcción, Camacol, o su delegado, y un delegado del Comité Consultivo Nacional, según la Ley 361 de 1997. Quienes serán los encargados de la interpretación y aplicación de las normas sobre construcciones sismo resistentes y que formarán parte del Sistema Nacional para la Atención y Prevención de Desastres. La temática que aborda esta ley se consagra en la NSR-10 y se efectuará de acuerdo a los siguientes títulos: Título A. Requisitos generales de diseño y construcción sismo resistente Título B. Cargas Título C. Concreto estructural Título D. Mampostería estructural Título E. Casas de uno y dos pisos Título F. Estructuras metálicas Título G. Estructuras de madera Título H. Estudios geotécnicos Título I. Supervisión técnica 33 Título J. Requisitos de protección contra el fuego en edificaciones Título K. Otros requisitos complementarios • Decreto 1400 de 1984 Se adopta el Código colombiano de normas sismo resistente. Mediante este decreto las construcciones que se adelanten en el territorio de la República deben sujetarse a las normas establecidas en el presente Código, quedando a cargo de las oficinas o dependencias distritales o municipales encargadas de conceder las licencias para tal fin, la exigencia y vigilancia de su cumplimiento. • Ley 46 de 1988 Se establece y organiza el sistema nacional para la prevención y atención de desastres y se otorgan facultades extraordinarias al presidente de la República. Define las responsabilidades y funciones de todos los organismos y entidades públicas, privadas y comunitarias, en las fases de prevención, manejo, rehabilitación, reconstrucción y desarrollo a que dan lugar las situaciones de desastre, Integra los esfuerzos públicos y privados para la adecuada prevención y atención de las situaciones de desastre y finalmente garantiza un manejo oportuno y eficiente de todos los recursos humanos, técnicos, administrativos, económicos que sean indispensables para la prevención y atención de las situaciones de desastre. 34 • Decreto 93 de 1998 El Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres, garantizará un manejo oportuno y eficiente de todos los recursos humanos, técnicos, administrativos, económicos que sean indispensables para la prevención y atención de desastres, conel principal objetivo de minimizar el riesgo y contribuir al desarrollo sostenible de las comunidades vulnerables ante los eventos naturales y antrópicos. El Plan Nacional para la Prevención y Atención de Desastres debe incluir y determinar todas las políticas, acciones y programas, tanto de carácter sectorial como del orden nacional, regional y local. Determina los programas que el sistema nacional para la prevención y atención de desastres debe ejecutar, estos son: Programas para el conocimiento sobre riesgos de origen natural y antrópico, programas para la incorporación de la prevención y reducción de riesgos en la planificación, programas de fortalecimiento del Desarrollo Institucional, y programas para la socialización de la prevención y la mitigación de desastres. • Decreto 308 de 2016 El Plan Nacional de Gestión del Riesgo de Desastres "Una estrategia de Desarrollo", tiene como objetivo general orientar acciones del Estado y la sociedad civil en cuanto al conocimiento del riesgo, reducción del riesgo y manejo de desastres en cumplimiento de la Política Nacional de Gestión del Riesgo, que contribuyan a la seguridad, bienestar, la calidad de vida de las personas y el desarrollo sostenible territorio nacional. 35 Trabajo ingenieril Factores relevantes presentes en la zona de estudio. Temperatura. Los datos de temperatura existentes sobre la región muestran una tendencia estacional bien marcada donde se diferencian las épocas secas, de las épocas húmedas. Las temperaturas máximas fluctúan alrededor de los 16,3 ºC, arrojando las mayores temperaturas durante los meses de enero con 16,9 ºC y febrero con 17,1 ºC, en tanto que, las temperaturas medias fluctúan alrededor de los 11,8 ºC presentan sus valores más bajos durante los meses de julio con 11,4 ºC y agosto con 11,6 ºC. Las temperaturas mínimas fluctúan alrededor de 7,0 ºC y presentan sus valores más bajos durante los meses de enero con 6,2 ºC y febrero con 6,7 ºC. Los meses con mayor amplitud diurna de temperatura son los meses de diciembre y enero, razón por la cual son los meses que registran mayores valores de temperaturas durante las horas del día y bajas temperaturas durante las horas de la noche, razón por la cual se genera un incremento de la taza evaporativa produciendo resequedad en los suelos durante esos meses. Los meses con menor amplitud diurna de temperatura son los meses de abril, mayo, junio, julio y agosto. (POT Soacha, 2018, p.44) Precipitación. Los regímenes de precipitación en el sector de Soacha, son condicionados por los eventos ENOS (El Niño-La Niña Oscilación del Sur) dentro de la escala climática de variabilidad interanual y por el doble paso de la zona de confluencia intertropical y las ondas MJO dentro de la escala de variabilidad intranual. Examinando las precipitaciones se observa en todas las estaciones un régimen de precipitación bimodal con dos máximos, uno durante los meses de marzo, abril, mayo y el otro durante los meses de septiembre, octubre 36 y noviembre (figura 5) en donde se registran volúmenes de precipitación anuales en promedios de alrededor de 731 mm en la parte alta de la cuenca en la parte media 626 mm en la parte media y en la parte baja de 548 mm en la zona seca próxima al río y 680 mm en la zona de pie de monte. (POT Soacha, 2018, p.45) Figura 5. Histograma anual de precipitación de Soacha Fuente: POT Soacha (2018). p.45 Amenaza por procesos de remoción en masa (Deslizamientos) Al oriente sobre la cuenca baja del río Soacha, en la vereda Fusungá, se ha desarrollado y consolidado la actividad minera de la industria extractiva, con explotaciones de arcillas, arenas y recebos. Asociado a esta actividad económica se han ubicado asentamientos sobre los terrenos dejados por esta actividad o en zona limítrofes con canteras, que definen una condición de alto riesgo por procesos de remoción en masa. Para las zonas mineras ubicadas en el perímetro urbano y sobre la cuenca baja del río Soacha y el sector de Terreros; se requiere implementar por parte del municipio un plan de seguimiento con miras a controlar el cumplimiento de los planes de recuperación morfológica y de estabilidad geotécnica de los terrenos afectados por las explotaciones mineras. (POT Soacha, 2018, p.93) 37 Amenaza por inundación. En el contexto de Soacha, como para todos los asentamientos en la Sabana de Bogotá, las inundaciones abarcan tres riesgos distintos: Desbordamiento: cuando los principales cursos de agua se salen de sus cauces y superan las defensas hidráulicas existentes y la capacidad de amortiguación de los humedales. Avenida torrencial: cuando los cursos de montaña tienen crecientes fuertes que los llevan a inundar áreas fuera de su cauce normal, produciendo anegamiento, arrastre de estructuras y personas y, frecuentemente, deslizamientos en las márgenes. Encharcamiento: cuando se acumula la escorrentía en zonas urbanas y periurbanas aledañas a los cursos principales, en cantidades y en zonas que no pueden ser ágilmente drenadas. (POT Soacha, 2018, p.94) Trabajo en campo. Durante el trabajo en campo se realizaron ciertas visitas en la zona de estudio para visualizar y detallar el estado superficial y estructural de cada vivienda a partir de un inventario que permitió identificar de manera descriptiva el estado de cada una de ellas como se puede apreciar en la figura 6. 38 Figura 6. Inventario descriptivo de una vivienda Fuente: Autores A partir del inventario se pudo apreciar los elementos que componen cada vivienda, al igual que su estado y algunas observaciones pertinentes a la misma. Los resultados obtenidos de este inventario se ilustran en el apéndice A, así como también el registro fotográfico obtenido en campo mostrados en el apéndice B. Modelación en SAP v. 20 Modelo 1. Configuración actual de una vivienda Para la modelación de una vivienda con la configuración actual (muros en superboard compuestos por una estructura liviana con perfiles en madera) se optó por utilizar en primera instancia el Software SAP 2000 v.20. Para esta configuración se modeló la vivienda lo más real posible a la actualidad y con un 100% de la carga sísmica del espectro de diseño. Para ello se hizo un levantamiento de Casa No. Bueno Malo Switch doble Roceta Toma corriente Mesón de cocina Switch doble Tablero de distribución Roceta Switch sencillo Toma doble roceta Switch sencillo Toma sencilla Roceta Lavamanos Inodoro Ducha Bajante Tejas en zinc Lavadero INVENTARIO Estado Descripción Número total Sala- Comedor Habitación 1 Habitación 2 Baño Patio Observaciones Pasillo 39 medición de todos los elementos que componen la estructura durante las visitas hechas en campo, como se puede apreciar en el apéndice C. Seguidamente se definieron los materiales que componen esta estructura con sus características mecánicas como módulo de elasticidad, densidad, relación de Poisson, y coeficiente de expansión térmica. Estos valores se muestran en la tabla 10. Tabla 10. Propiedades mecánicas del superboard y la madera de pino Propiedades mecánicas del superboard y la madera de pino Propiedades mecánicas Superboard Madera de pino Densidad (t/m3) 1.25 0.53 Módulo de elasticidad (t/m2) 616316.5 620395.3 Relación de Poisson 0.2 0.3 Coef. Expansión térmica (Co) 6.5x10-6 5x10-6 Fuente: Modificado de Skinco Manual Superboard (s.f) y Fichas técnicas de maderas-Pino del cerro (s.f) Posteriormente se definieron las secciones a utilizar, donde el tipo de sección para los muros se definió con material superboard y como Shell thin, esto debido a la relación entre el espesor y el largo del muro como se muestra en la figura 7. Figura 7. Configuración geométrica del primer modelo Fuente: Autores 40 De igual forma, se crearon secciones tipo frame para los perfilesen madera que confinan los muros en superboard (columnas 15X8 y 15X15), así como también vigas de cubierta 15X8. Esto se observa en la figura 8. Figura 8. Secciones de las vigas y las columnas del primer modelo Fuente: Autores Debido a que el software analiza el comportamiento a través de elementos finitos, se subdividió cada uno de los muros para dar resultados más detallados de la estructura. Una vez realizado esto, se procedió asignar un apoyo de segundo grado (articulado) en el cual va a estar soportada la estructura. Para el espectro de diseño se acogió un estudio de suelos realizado cerca de la zona de estudio el cual se aprecia en el apéndice D, esto debido a que este estudio no estaba dentro del alcance de este proyecto. El coeficiente de amplificación en periodos cortos Fa y el coeficiente de amplificación en periodos intermedios Fv se obtuvieron mediante la interpolación de las figuras 9 y 10 y de acuerdo con el coeficiente que representa la 41 aceleración pico efectiva Aa y al coeficiente que representa la velocidad pico efectiva Fa obtenidas del estudio de suelos mencionado anteriormente. Figura 9. Coeficiente de amplificación Fa Fuente: NSR-10, Título A, p.A-24 Figura 10. Coeficiente de amplificación Fv Fuente: NSR-10, Título A, p.A-25 42 Los parámetros para el diseño de espectro de respuesta sísmica de esta esta estructura se observan en la tabla 11. Tabla 11. Parámetros y valores de coeficientes sísmicos Parámetros y valores de coeficientes sísmicos Parámetro Valor Zona de amenaza sísmica Intermedia Aa 0.15 Av 0.2 Ae 0.09 Ad 0.05 Fa 2.12 Fv 3.2 Perfil de Suelo E Fuente: Estudio de suelos Autopista sur zona Terrreros, Ingeniero Fernando Nieto (2012). Para ingresar el espectro de diseño al software se utilizó la herramienta que brinda el programa, desde la opción “response spectrum” donde se ingresaron los parámetros de diseño mostrados en la tabla 12 y el grupo de uso de la edificación que para este caso es de tipo I, que según la tabla A.2.5-1 de la NSR-10 página A-26 tiene un coeficiente de importancia igual a 1. El espectro de diseño dado por el programa se observa en la figura 11. 43 Figura 11. Espectro de diseño para el modelo 1 Fuente: Autores Por otra parte, se definieron los casos de carga “Load cases” de la siguiente manera: para la carga muerta se asume el peso propio de los elementos que componen la estructura, para la carga viva solamente se tuvo en cuenta la carga viva de la cubierta, y los valores de las componentes de la carga sísmica en X y Y están en términos del espectro de diseño y la gravedad. Luego de esto, se realizaron las combinaciones de carga, que para este tipo de estructura se usaron cargas de servicio como lo establece la NSR-10 en el literal B.2.3. En el presente reglamento NSR-10, todos los materiales estructurales, con la excepción de la madera y guadua en el Título G, se diseñan por el método de la resistencia y por lo tanto las combinaciones básicas de carga de la presente sección B.2.3.1 no son aplicables a los materiales estructurales prescritos en el Reglamento y no deben utilizarse. Se incluyen para aquellos casos 44 especiales en los cuales el diseño se realiza por el método de los esfuerzos admisibles y solo deben emplearse cuando así lo indique explícitamente el Título o Capítulo o sección correspondiente del reglamento (p. B-5). Según lo anterior se optó por adoptar las siguientes combinaciones de carga: 1. D 2. D + Lr 3. D + 0.75Lr 4. D + 0.7EX 5. D + 0.7EY 6. D + 0.75Lr + 0.75EX 7. D + 0.75Lr + 0.75EX 8. Envolvente Para el análisis de cargas se asignaron dos cargas muertas, la primera con un valor de 80 Kg/m2 perteneciente a la carga muerta de la cubierta como se observa en la tabla 12 y un valor de 40Kg/m2 de la carga muerta del cielo raso ilustrado en la tabla 13. Tabla 12. Datos para el cálculo de la carga muerta de cubierta Datos para el cálculo de la carga muerta de cubierta Cargas muertas mínimas de elementos no estructurales horizontales-cubiertas elemento Descripción valor Cubierta Teja de arcilla incluyendo mortero 80 kg/m2 sumatoria 80 kg/m2 Fuente: Modificado de NSR-10, Tabla B.3.4.1-4, p.B-11 Tabla 13. Datos para el cálculo de la carga muerta de cielo raso Datos para el cálculo de la carga muerta de cielo raso Cargas muertas mínimas de elementos no estructurales horizontales-cubiertas elemento Descripción valor Cubierta Tablero de yeso 5cm de espesor 40 kg/m2 sumatoria 40 kg/m2 Fuente: Modificado de NSR-10, Tabla B.3.4.1, p.B-10 45 Para la carga viva solo se tuvo en cuenta la carga viva de la cubierta, el valor obtenido fue de 35Kg/m2 como se aprecia en la tabla 14. Tabla 14. Datos para el cálculo de la carga viva de la cubierta Datos para el cálculo de la carga viva de la cubierta Cargas vivas mínimas en cubiertas Tipo de cubierta valor Cubiertas inclinadas con más de 15° de pendiente en estructura metálica o de madera con imposibilidad física de verse sometidas a cargas superiores a la aquí estipulada 35 kg/m2 Sumatoria 35 kg/m2 Fuente: Modificado de NSR-10, Tabla B.4.2.1-2, p.B-16 Es importante mencionar que para este análisis no se tuvo en cuenta las cargas debidas al uso residencial de la estructura y tampoco la carga muerta del entrepiso ya que estas afectan directamente el suelo y no a las vigas del segundo nivel (vigas de cubierta). Posteriormente se realizó la asignación de las cargas a las vigas de la cubierta, porque con esto se asegura la transferencia de cargas a los muros y seguidamente al suelo. Esto se realizó teniendo en cuenta el área aferente (Figura 12) y la longitud de la viga calculadas mediante la ecuación 1: 𝑞𝑡/𝑚 = 𝑄 𝑡 𝑚2 ∗𝐴 𝑚2 𝐿𝑚 (1) Dónde: q: Carga uniformemente distribuida en un metro lineal Q: carga por unidad de área A: área aferente L: longitud del elemento 46 Figura 12. Áreas aferentes de las vigas de cubierta del primer modelo dadas en m2 Fuente: Autores Los resultados de las cargas obtenidas mediante la ecuación 1 se observan en la tabla 15. 47 Tabla 15. Cargas vivas y muertas asignadas a las vigas de la cubierta del primer modelo Cargas vivas y muertas asignadas a las vigas de la cubierta del primer modelo Fuente: Autores En la figura 13 se ilustra la asignación de cargas a las vigas de cubierta del primer modelo. Viga Longitud (m) Area aferente (m2) Carga muerta (t/m) Carga viva (t/m) Viga Longitud (m) Area aferente (m2) Carga muerta (t/m) Carga viva (t/m) 1A-B 0,8 0,16 0,0240 0,0070 A1-2 1,2 0,32 0,0320 0,0093 1B-C 1,2 0,36 0,0360 0,0105 A2-3 1,2 0,32 0,0320 0,0093 1C-D 1,2 0,36 0,0360 0,0105 A3-4 1,3 0,32 0,0295 0,0086 1D-E 1,3 0,42 0,0388 0,0113 A4-5 1,2 0,32 0,0320 0,0093 1E-F 1,2 0,36 0,0360 0,0105 A5-6 1,2 0,32 0,0320 0,0093 2A-B 0,8 0,32 0,0480 0,0140 A6-7 1,3 0,32 0,0295 0,0086 2B-C 1,2 0,72 0,0720 0,0210 B1-2 1,2 0,68 0,0680 0,0198 2C-D 1,2 0,72 0,0720 0,0210 B2-3 1,2 0,68 0,0680 0,0198 2D-E 1,3 0,84 0,0775 0,0226 B3-4 1,3 0,74 0,0683 0,0199 2E-F 1,2 0,72 0,0720 0,0210 B4-5 1,2 0,68 0,0680 0,0198 3A-B 0,8 0,32 0,0480 0,0140 B5-6 1,2 0,68 0,0680 0,0198 3B-C 1,2 0,72 0,0720 0,0210 B6-7 1,3 0,74 0,0683 0,0199 3C-D 1,2 0,72 0,0720 0,0210 C1-2 1,2 0,72 0,0720 0,0210 3D-E 1,3 0,84 0,0775 0,0226 C2-3 1,2 0,72 0,0720 0,0210 3E-F 1,2 0,72 0,0720 0,0210 C3-4 1,3 0,84 0,0775 0,0226 4A-B 0,8 0,32 0,0480 0,0140 C4-5 1,2 0,72 0,0720 0,0210 4B-C 1,2 0,72 0,0720 0,0210 C5-6 1,2 0,72 0,0720 0,0210 4C-D 1,2 0,72 0,0720 0,0210 C6-7 1,3 0,84 0,0775 0,0226 4D-E 1,3 0,84 0,0775 0,0226 D1-2 1,2 0,72 0,0720 0,0210 4E-F 1,2 0,72 0,0720 0,0210 D2-3 1,2 0,72 0,0720 0,0210 5A-B 0,8 0,32 0,0480 0,0140 D3-4 1,3 0,84 0,0775 0,0226 5B-C 1,2 0,72 0,0720 0,0210D4-5 1,2 0,72 0,0720 0,0210 5C-D 1,2 0,72 0,0720 0,0210 D5-6 1,2 0,72 0,0720 0,0210 5D-E 1,3 0,84 0,0775 0,0226 D6-7 1,3 0,84 0,0775 0,0226 5E-F 1,2 0,72 0,0720 0,0210 E1-2 1,2 0,72 0,0720 0,0210 6A-B 0,8 0,32 0,0480 0,0140 E2-3 1,2 0,72 0,0720 0,0210 6B-C 1,2 0,72 0,0720 0,0210 E3-4 1,3 0,84 0,0775 0,0226 6C-D 1,2 0,72 0,0720 0,0210 E4-5 1,2 0,72 0,0720 0,0210 6D-E 1,3 0,84 0,0775 0,0226 E5-6 1,2 0,72 0,0720 0,0210 6E-F 1,2 0,72 0,0720 0,0210 E6-7 1,3 0,84 0,0775 0,0226 7A-B 0,8 0,16 0,0240 0,0070 F1-2 1,2 0,36 0,0360 0,0105 7B-C 1,2 0,36 0,0360 0,0105 F2-3 1,2 0,36 0,0360 0,0105 7C-D 1,2 0,36 0,0360 0,0105 F3-4 1,3 0,42 0,0388 0,0113 7D-E 1,3 0,42 0,0388 0,0113 F4-5 1,2 0,36 0,0360 0,0105 7E-F 1,2 0,36 0,0360 0,0105 F5-6 1,2 0,36 0,0360 0,0105 F6-7 1,3 0,42 0,0388 0,0113 cargas de vigas de cubierta de muros en superboard 48 Figura 13. Asignación de cargas a las vigas de cubierta del primer modelo Fuente: Autores Previamente al análisis de los datos obtenidos por medio del programa, se halló el momento resistente de la sección del muro por metro lineal teniendo en cuenta el valor del esfuerzo resistente a flexión de este material dado por skinco s.f como se muestra en la tabla 16 con el fin de comparar los valores obtenidos a través del software y verificar que estos no superen el momento resistente. Tabla 16. Propiedades físicas y mecánicas del superboard Propiedades físicas y mecánicas del superboard Propiedad Valor* Unidad Ensayo Absorción 32 % NTC 4373 Densidad 1,25 gr/cm3 NTC 4373 Contenido de humedad 10 % NTC 4373 Movimientos hígricos (T° constante a 25°C) Dilataciones con variación de humedad de 30% a 90% mm/m ISO 8336 Sentido fuerte 0,53 Dilataciones con variación de humedad de 30% a 90% Sentido débil 0,41 Contracciones con variación de humedad de 90% a 30% 49 Sentido fuerte 0,35 Contracciones con variación de humedad de 90% a 30% Sentido débil 0,35 Movimientos térmicos (Humedad constante a 30%) MPa ISO 8336 Con variación de 10°C a 40°C - Sentido fuerte 1,23 Con variación de 10°C a 40°C - Sentido débil 0,12 Módulo de elasticidad (E) MPa ISO 8336 Seco - Sentido débil 6.044 Seco - Sentido fuerte 7.902 Saturado - Sentido débil 4.009 Saturado - Sentido fuerte 5.769 Resistencia a la flexión (MOR): MPa NTC 4373 Seco al ambiente - Sentido débil 8 Seco al ambiente - Sentido fuerte 15 Saturado - Sentido débil 5,5 Saturado - Sentido fuerte 9,5 Conductividad térmica 0,263 W/mK ASTM D1037 Resistencia a la tracción del clavo kg ASTM D1037 En húmedo 32 En seco 64,7 Resistencia a la tracción Mpa ISO 8336 Paralelo al plano, seco al aire - Sentido fuerte 5,18 Paralelo al plano, seco al aire, Sentido débil 3,47 Paralelo al plano, 95% humedad, Sentido fuerte 4,37 Paralelo al plano, 95% humedad, Sentido débil 2,42 Perpendicular al plano, seco al horno 0,68 Resistencia al cortante MPa ISO 8336 Perpendicular al plano, seco al horno, Sentido fuerte 8,4 Perpendicular al plano, seco al horno, Sentido débil 5,3 Paralelo al plano, seco al horno, Sentido fuerte 1,57 Paralelo al plano, seco al horno, Sentido débil 1,53 Resistencia al impacto (Charpy) MPa ISO 8336 Seco al horno, Sentido fuerte 1,7 Seco al horno, Sentido débil 1,25 Índice de expansión de la llama 0 ASTM E84 Índice de propagación de humo Fuente: Skinco s.f Para hallar el momento resistente se empleó la ecuación 2. 𝑀𝑅 = 𝜎𝑅 𝑥 𝑆 (2) 50 Dónde; σr: Esfuerzo resistente S: Módulo de sección Para facilitar el cálculo, se descompuso la sección transversal del perfil en dos áreas distintas, numeradas con 1, y 2 según la figura 14. Figura 14. Sección para el cálculo de la inercia. Fuente: Autores. En primer lugar, se determinó la posición del eje neutro de la sección. Para ello, se calcularon por separado los momentos estáticos respecto al eje x'-x' de cada una de las áreas que componen la sección mediante la ecuación 3. 𝑀𝐸 = ∑𝑑𝐴 ∗ 𝑦 (3) Seguidamente se sumaron los momentos estáticos de cada área para obtener un momento estático total. Posteriormente se calculó el área total de la sección. Por tanto, la distancia (a) del eje neutro al eje de referencia x'-x' se calculó mediante la ecuación 4. 𝑎 = 𝑀𝐸𝑇 𝐴 (4) 51 En segundo lugar, se determinó el momento de inercia (Ixx) de la sección respecto al eje neutro. Para ello, se calcularon por separado los momentos de inercia de cada una de las áreas que componen la sección total del perfil respecto al eje neutro g-g con la ecuación 5. Y seguidamente se sumaron los momentos de inercia de la sección. 𝐼𝑥𝑥 = 1 12 𝑏ℎ3 (5) Para determinar el módulo de sección (S), se empleó la ecuación 6. 𝑆 = 𝐼𝑥𝑥 𝑦𝑚á𝑥 (6) Donde, Ixx: Momento de inercia respecto al eje x-x o eje neutro de la sección ymáx: Distancia del eje neutro de la sección a la fibra más alejada de la misma. Finalmente se halló el momento resistente de la sección mediante la ecuación 2. Los resultados obtenidos se observan en la tabla 17. Tabla 17. Momento resistente de una placa de superboard por metro lineal Momento resistente de una placa de superboard por metro lineal Sección ME (mm3) A (mm2) a (mm) Ixx (mm4) S (mm3) MR (KN-m/m) 1 1450000 10000 75 49083333,3 1308888,89 10,47 2 50000 10000 49083333,3 Total 1500000 20000 98166666,7 Fuente: Autores Posteriormente al cálculo del momento resistente del superboard, se corrió el modelo en el programa, el cual arrojó resultados máximos y mínimos de momentos actuantes M11 y M22. A partir del momento resistente hallado anteriormente se hizo una comparación con los momentos actuantes en cada muro. Para ello se calculó la diferencia entre el momento resistente con el actuante como se muestra en la tabla 18. 52 Tabla 18. Tabla resumen de momentos por SAP frente al momento resistente. Tabla resumen de momentos por SAP frente al momento resistente. Mres (kN-m/m)Diferen M11 Diferen M22 M11(KN-m/m)M22(KN-m/m) Max 0,0000192 0,0000047 10,471 10,471 10,471 Min -0,0000179 -0,0000086 10,471 10,471 10,471 Max 0,00001924 0,00000381 10,471 10,471 10,471 Min -0,00002894 -0,00000908 10,471 10,471 10,471 Max 0,00003904 0,00001414 10,471 10,471 10,471 Min -0,00003575 -0,0000214 10,471 10,471 10,471 Max 0,00002682 0,00001436 10,471 10,471 10,471 Min -0,00002529 -0,00001533 10,471 10,471 10,471 Max 0,00003446 0,00000696 10,471 10,471 10,471 Min -0,00002293 -0,00000483 10,471 10,471 10,471 Max 0,00004769 0,00006123 10,471 10,471 10,471 Min -0,00005257 -0,00002221 10,471 10,471 10,471 Max 0,00004785 0,00006174 10,471 10,471 10,471 Min -0,00004791 -0,00002843 10,471 10,471 10,471 Max 0,00004785 0,00006174 10,471 10,471 10,471 Min -0,00004791 -0,00002843 10,471 10,471 10,471 Max 0,00003021 0,00000681 10,471 10,471 10,471 Min -0,00003065 -0,00000694 10,471 10,471 10,471 Max 0,00006751 0,00006773 10,471 10,471 10,471 Min -0,00006785 -0,00006889 10,471 10,471 10,471 Max 0,00002374 0,00001167 10,471 10,471 10,471 Min -0,00003068 -0,00001441 10,471 10,471 10,471 Max 0,00004004 0,00000818 10,471 10,471 10,471 Min -0,00006306 -0,00001393 10,471 10,471 10,471 Max 0,00006258 0,00003021 10,471 10,471 10,471 Max 0,00003465 0,00002035 10,471 10,471 10,471 Min -0,00003899 -0,00001451 10,471 10,471 10,471 Max 0,00003233 0,00001918 10,471 10,471 10,471 Min -0,00003648 -0,00001349 10,471 10,471 10,471 Max 0,00002014 0,00000958 10,471 10,471 10,471 Min -0,0000205 -0,00000474 10,471
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