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1
PELIGRO, VULNERABILIDAD Y RIESGOSÍSMICO EN PUENTES
José Manuel Jara GuerreroDIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVILDIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO
CONTENIDO Introducción
Peligro y riesgo sísmico
Fuentes sísmicasFuentes sísmicas
Potencialidad de las fallas
Distribución temporal de los temblores
Leyes de atenuación
Efectos de sitio
Vulnerabilidad sísmica
Modelos de pérdidas
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2
Prevención de colapsos
Silver Bridge (1967), USAMianus River Bridge
(2003) USA
Hatchie River Bridge (1989) USA
Prevención de colapsos
Cargas permanentes
I-20Bridge (2004) USA
Lakeview Overpass I-70 River Bridge (2005) USA
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3
I-35W Mississippi(2007), USA
LIBERACIÓN DE ENERGIA
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4
TEMBLOR DE LOMA PRIETA 1989
TEMBLOR DE LOMA PRIETA 1989
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5
TEMBLOR DE CHI CHI, 1999
TEMBLOR DE KOBE, 1995
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6
Se muestran los daños causados a los topes antisísmicos.
Puente: “Coahuayana” Km:239+000Carretera:Playa Azul-Manzanillo
... Y construyó uno nuevo
Puente: “La Manzanilla II Km:81+500Carretera:Playa Azul-Manzanillo
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PÉRDIDAS POR DESASTRES NATURALESENTRE 1991-2000 (MILLONES DE DÓLARES)
VÍCTIMAS MORTALES POR TERREMOTOS 1990-1999
FRONTERA DE PLACAS TECTÓNICAS
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TRANSCURRENTEIZQUIERDO
Longitud del deslizamiento
Temblor de San Francisco 1906
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9
Temblor de San Francisco 1906
Temblor de San Francisco 1906
Falla detransformación
Fallas normalesy superficiales
Fallas desubducción
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SISMICIDAD EN MÉXICO
SISMOS CON M>6.5 EN EL SIGLO XX
SISMICIDAD EN MÉXICO
Temblores de falla normal
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Log (N) = 0 45Log (N) = -0.45
N = (10)-0.45
N = 0.3548(temblores anuales)
¡¡ 1 temblor deMagnitud 7.0 ≈ 2.82 años !!
TASA DE EXCEDENCIA DE MAGNITUDES
SISMICIDAD EN MÉXICO
SISMICIDAD EN MÉXICOTemblor de 1932(temblor más grandedel siglo XX
ZONAS DE RUPTURA DE GRANDES TEMBLORES
Temblor de 1985(costas de Michoacán)
Brecha sísmica deGuerrero
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PELIGRO SÍSMICO
Intensidad sísmica máxima en un sitio
Tasas de excedencia de intensidades para diferentes periodos de retorno
TASA DE EXCEDENCIA ()
0 01000
0.10000
1.00000
10.00000
) (1
/añ
o)
Número de veces que en promedio, se excede una intensidad por unidad de tiempo
0.00001
0.00010
0.00100
0.01000
0 100 200 300 400 500 600
(A
ma
x)
A max (gal)
RIESGO SÍSMICO
Los modelos de riesgo sísmico evalúan las pérdidasesperadas por la ocurrencia de temblores
COSTOS DIRECTOS: Daño material a la infraestructura, pérdidas humanas
COSTOS INDIRECTOS: Menores rendimientos por dañoa la infraestructura, interrupción de servicios básicos
Riesgo Sísmico
Peligro sísmico
Vulnerabilidad sísmica
DEMANDA CAPACIDAD
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Magnitud máxima Energía liberada
Procesos de ocurrenciaProcesos de ocurrencia Energía liberada
Distancia Atenuación de ondas sísmicas con la distancia
Efectos de sitio Amplificación
PELIGRO SÍSMICO
PELIGRO SÍSMICO DETERMINISTA
Mmax 2
Rmin 1
Rmin 2
Rmin 3
Mmax 1
Mmax 3
Amax 1 = f (Mmax 1, Rmin 1)
Aceleración máximaen el sitio:
Amax 2 = f (Mmax 2, Rmin 2)
Amax 3 = f (Mmax 3, Rmin 3)
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ESTADÍSTICA DE LOS DATOS
Variable aleatoria. Su descripción se a da a través de una densidad de probabilidad
1PT(t)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1T( )
LN
Muestra1.0
Densidad deprobabilidad
Muestraestadística
0
10 15 20 25 30 35 40
Tiempo de ocurrencia de temblores (años)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
LOCALIZACIÓN DE FUENTES SÍSMICAS
¿Mmax?
Área de la falla Longitud de la fallag
Distancia al sitioR2
R3
R1
R2
RnpR(r) pR(r)
PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA
rrmin rmaxRmin Rmax
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Datos estadísticos
PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA
FRECUENCIA DE LOS TEMBLORES
Datos estadísticos
Gutenberg y Richter (1954)
sism
os
≥ M
Número de tembloresvs magnitud
Nú
mer
o a
nu
al d
e
Magnitud (M)
Temblores Característicosen México
Procesos de ocurrencia Proceso de Poisson
umm ee
NÚMERO DE TEMBLORES uo
u
mmee
eem
0)(
Temblor característico2
2ln
)ln(ln2
1
ln
02
1)|(
tt
mt
t
T etk
ttp
1 2 3 4 5 6 7 8 9
MAGNITUD
ln2 ttk
)ln621.036.5,5.7max( ttME
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PELIGRO SÍSMICO PROBABILISTA
p (m)
Densidad de probabilidad de las magnitudes
pM(m)
mmaxmmin
Magnitud a partir de la cual seconsideran completos los
catálogos
Magnitud máxima que daorigen la fuente sísmica
PELIGRO SÍSMICO
Zonas para cuantificarel peligro sísmico
(Subducción)
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Zonas para cuantificarel peligro sísmico(Fuente normal)
Zonas para cuantificarel peligro sísmico
(Fuente local)
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Leyes de atenuación
0594)(log45424440 RMaLogFuente de subducción (Sánchez y Jara, 2001)
059.4)(log454.2444.0max RMaLog S
29.0008.0log0039.059.02.0log HRRMA W
Fuente de temblores normales (García, 2005)
Fuente de temblores superficiales (Abrahamson y Silva 1997)
)(),()(),()( 5431 rockruprupa pgafSrMfHWMfFrMfgSLn
Leyes de atenuación
temblores de fuente de subducción160180200
20406080
100120140160
A m
áx
0
150 175 200 225 250 275 300
R
M = 5.5 M = 6 M = 6.5 M = 7 M = 7.5 M = 8
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19
dadmdrdttfrftmfafaAP TRMRMA )()()()()(
Cuantificación del peligro sísmico
ffff
T
TRMRMA
RMA )()()()()( ,
j
iji aAPPa )()(
Tasa de excedencia
j
n
ii aa
1
)()(
Efectos de sitio
Registro en terreno firme
Registro en suelo blando
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20
Efectos de sitio
Nishinomiya bridge, 1964
10.00000
Tasa de excedencia de aceleraciones
0.00100
0.01000
0.10000
1.00000
(A
ma
x) (
1/a
ño
)
0.00001
0.00010
0 100 200 300 400 500 600
A max (gal)
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Distribución del peligro
Espectrosde sitio
Puentes en zonas sísmicas
and
a
Periodos de retorno
s d
e d
ema Periodos de retorno
Probabilidad de excedenciaaceptada
¿50, 100, 1000, 2500 años o más?
Niv
eles
¿ , , ,
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22
VIDA ÚTIL Y PROBABILIDAD DE EXCEDENCIA
70%
80%
90%
100%
dencia en la Vu
Vu=50 años
Vu=75 años
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Prob
abilidad de
exced
50%
60%
70%
80%
90%
100%
de excedencia en la Vu
Vu=50 años
Vu=75 años
53%
0%
0 500 1000 1500 2000 2500
Periodo de retorno (años)
0%
10%
20%
30%
40%
0 100 200 300 400 500
Probabilidad
d
Periodo de retorno (años)
10%
14%
39%
DesplazamientosDistorsiones
angularesRotaciones
DEMANDAS EN EL PUENTE
Localización
AceleracionesVelocidades
DesplazamientosDuración
Contenido de frecuencias
Suelo duroLechos de ríosMontañas
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23
Subducción y
FUNCIONES DE DEMANDA
Subducción y Fallamiento Normal
0.0250
0.0300
Demandas de rotación inelástica
Las Flores 12
0.0000
0.0050
0.0100
0.0150
0.0200
Rotación (rad)
La Piedra Transv 12
Feliciano Transv 12
0.0000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Periodo de retorno (años)
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24
VULNERABILIDAD SÍSMICA
Curvas de fragilidad analíticas
Probabilidad de excedencia
PEL = Probabilidad de alcanzar un estado límite
D = Demanda sísmica (Intensidad)
C = Capacidad sísmica
Modelos de demanda
VULNERABILIDAD SÍSMICA
Medidas de intensidadTasas de excedenciaRegistros sísmicos
Parámetros de respuesta
Modelos de capacidad
Distorsión angularDemanda de ductilidadEnergía histerética
Modelos de capacidad
Metodologías para evaluar la capacidad
Probabilidad de excedencia
Probabilidad de alcanzar estados límite
Demanda enlos elementos
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25
PUENTE INFIERNILLO II
Estribo (E-1) Pilas centralesde altura variable.
Armadura metálica. Armadura metálica.
C-2
C-3
C-4
C-5
Estribo (E-6)
105.00 m 105.00 m 105.00 m 105.00 m 105.00 mLt = 525.00 m
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26
PUENTES EN LA COSTA DEL PACÍFICO
700
800
900
1000
0
100
200
300
400
500
600
LIGERO MODERADO EXTENSO COMPLETO
Tr
400 0
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
0 10 20 30 40 50 60
Sh
ea
r F
orc
e (
t)
400 0
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
300.0
400.0
0 10 20 30 40 50 60
Sh
ea
r F
orc
e (
t)AISLAMIENTO SÍSMICO
Sin aisladoresVmax = 320 t
200 0
300.0
400.0
(t)
200 0
300.0
400.0
(t)
-400.0
Time (sec)
-400.0
Time (sec)
Con aisladoresVmax = 105 t
Puente Las Flores
-400.0
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
0 10 20 30 40 50
Time (sec)
Sh
ea
r F
orc
e (
-400.0
-300.0
-200.0
-100.0
0.0
100.0
200.0
0 10 20 30 40 50
Time (sec)
Sh
ea
r F
orc
e (
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COSTO INDIRECTO Y COSTO TOTAL DE DAÑOS
C OST O
IN IC IA L
IN T ER R UP C IÓN D E VÍ A S
(3)
C OST O T OT A L ($ )
P UEN T ES D E 100 M
Í N D IC E D E P ÉR D ID A
C OST O D IR EC T O
IN F LA C IÓN (1.3)
M UER T ES (0.85)
PUENTES LONGITUD A0.04 $18,422,174.34 $938,611.27 $0.00 $0.00 $0.00 $19,360,785.61
0.2 $18,422,174.34 $4,693,056.33 $6,100,973.23 $0.00 $18,302,919.69 $42,826,067.26
0.6 $18,422,174.34 $14,079,168.99 $18,302,919.69 $0.00 $54,908,759.07 $91,633,853.10
1 $18,422,174.34 $23,465,281.65 $30,504,866.15 $25,929,136.23 $91,514,598.45 $166,370,775.17
0.04 $27,633,261.52 $1,407,916.90 $0.00 $0.00 $0.00 $29,041,178.42
P UEN T ES D E 100 M
P UEN T ES D E 150 M
PUENTES LONGITUD A
PUENTES LONGITUD B
CT / CI =9
0.2 $27,633,261.52 $7,039,584.50 $9,151,459.84 $0.00 $27,454,379.53 $64,239,100.89
0.6 $27,633,261.52 $21,118,753.49 $27,454,379.53 $0.00 $82,363,138.60 $137,450,779.65
1 $27,633,261.52 $35,197,922.48 $45,757,299.22 $38,893,704.34 $137,271,897.67 $249,556,162.75
CASOS DE ESTUDIO
Puentes de la autopista Uruapan – Lázaro Cárdenas a la altura de la caseta Las
Cañas en el kilómetro 212 hasta la ciudad de Lázaro Cárdenas
Puente paso del Chivo (3 claros de 30 m) Puente Arroyo las Cruces (3 claros de 20 m)PSV Ent. Rio Pitirera (3 claros de 20 m)Puente Arroyo Infiernillo (3 claros de 30 m)Puente San Diego I (3 claros de 30 m)Puente San Diego II (5 claros de 30 m)Puente San Diego III (3 claros de 30 m)Puente San Diego IV (2 claros de 20 m)Puente San Diego IV (2 claros de 20 m)Puente Pinzan I (3 claros de 20 m)Puente Pinzan II (2 claros de 20 m)Puente Pinzan IV (3 claros de 30 m)Puente el Pochote (4 claros de 30 m)Puente Rio Feliciano (4 claros de 20 m)Puente Rio Zorocua (4 claros de 20 m)
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SISMOS 18 DE ABRIL, 8 y 10 DE MAYO DE 2014
Coordenadas del epicentro: 17.18 latitud N y -101.19 longitud WProfundidad: 10 kmHora: 9:27 horasMagnitud: 7.2
18 DE ABRIL (278 km Morelia)
Michoacáng
8 DE MAYO (288 km)Coordenadas del epicentro: 17.11 latitud N y -100.87 longitud WProfundidad: 17 kmHora: 12:00 horasM it d 6 4
Guerrero
Magnitud: 6.4
10 DE MAYO (293 km de Morelia) Coordenadas del epicentro: 17.06 latitud N y -100.95 longitud WProfundidad: 12 kmHora: 2:36 horasMagnitud: 6.1
PUENTE CUAJILOTE
Antes del temblor de Petatlán 18 de abril 2014 M=7.2
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Puente Cuajilote
Temblor de Petatlán 18 de abril 2014 M=7.2
Puente Cuajilote
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Temblores de Petatlán y Tecpan de Galeana, Guerrero18 de abril , 8 y 10 de mayo 2014
Lázaro Cárdenas
Petatlán
Epicentro
Brecha de Guerrero
Puente Cuajilote
Epicentro8 de mayo 2014 M=6.4 Acapulco
Epicentro18 de abril 2014 M=7.2
Epicentro10 de mayo 2014 M=6.1
63096
60000
70000
NÚMERO DE TEMBLORES PARA LIBERAR LA ENERGÍA DE UN TEMBLOR DE M=8.2
E = 10 (11.8 + 1.5 MS
)
31623
1584920000
30000
40000
50000
No. DE TEMBLORES
7943
39811995 1000 501 251 126 63 32 16 8 4 2
0
10000
5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 6.6 6.8 7.0 7.2 7.4 7.6 7.8 8.0
N
MAGNITUD
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EL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓNEL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓNEL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓN EL PEOR ENEMIGO DE LA PREVENCIÓN ES EL EXCESO DE CONFIANZAES EL EXCESO DE CONFIANZA
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO