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viernes, 15 de febrero de 2013

En busca de una Norma de diseño contra Tsunamis

Cualquiera que haya visto la película "Imposible" o visto imágenes del tsunami japonés ha aprendido sobre el terror que puede golpear con poca advertencia. En esos casos, cuando no hay tiempo para huir, todavía puede haber tiempo para llegar a un terreno más alto, llamado evacuación vertical.

Pero a medida que la persona va a la carrera para el tercer piso, ¿cómo saber si el edificio va a resistir? La inundación no es el único peligro. Otro desafío potencialmente letal es accionado por agua (con escombros impulsados) como contenedores de 60,000 libras de carga (totalmente cargados) transformados en proyectiles. A menudo tirado detrás de semi-camiones en las carreteras, estos contenedores que en las zonas portuarias, sobrepasan el tamaño de los postes de la línea de 1.000 libras.

Un equipo de varias universidades dirigido por Ronald Riggs, un ingeniero estructural en la Universidad de Hawai, ha determinado lo que el impacto podría ser y presentará los resultados en una conferencia internacional en junio. El objetivo es proporcionar a los ingenieros estructurales, información para diseñar edificios en zonas vulnerables a los tsunamis.

Actualmente no existen directrices científicamente probadas. Y, como los que sobrevivieron al tsunami de Japón que azotó a miles y ocasiono sus muertes, pueden dar fe, que nadie había previsto dicha fuerza.

"La mayoría de los sistemas estructurales están diseñados para desafiar la gravedad, no una patada lateral de un contenedor de transporte", dice Riggs. "Un ingeniero puede construir lo que se necesita para soportar el golpe de karate, pero primero el ingeniero tiene que saber, que fuerza se espera soportar."

Este conocimiento es vital no sólo para los edificios en los que la gente pueda huir, pero también para los tanques de almacenamiento de costa que podrían arrojar productos químicos u otros contaminantes si están dañados.

Riggs comenzó a pensar en el problema mientras examinaba los daños a puentes y edificios, tras el huracán Katrina. Se dio cuenta de los contenedores de carga y barcazas, que habían sido arrojados a la tierra en áreas como Biloxi, Mississippi. En otra excursión científica a Samoa, él dice que vio a un contenedor de transporte "golpeó contra una sala de reuniones - y no había ningún puerto cerca. "

"Estos contenedores son sorprendentemente ubicuos", dice Riggs. El punto fue llevado más lejos de lo que se vio en la TVs de todo el mundo que han reproducido imágenes de Tohoku, Japón, donde las aguas del  tsunami arrastraron automóviles, camiones y contenedores de embarque hasta seis kilómetros tierra adentro y luego de vuelta al mar en la retiro.

 "Es posible que se hayan estado moviendo a unos 10 kilómetros por hora, pero teniendo en cuenta su peso, se trata de una carga significativa para una estructura que no está hecha para eso."

Sus colegas y él propusieron una investigación, para analizar varias piezas del rompecabezas con la ayuda de la Red de George E. Brown Jr. para la Simulación de Ingeniería Sísmica  “Earthquake Engineering Simulation“ (Nees), un laboratorio distribuido con 14 sitios en todo el país financiado por la Fundación Nacional de Ciencia. La red, que también financió la investigación Riggs, proporciona acceso a especialistas altamente sofisticados y a costosos equipos.

Para Riggs, dos sitios NEES eran necesarios. Una de ellas es la Universidad de Lehigh en Bethlehem, Pensilvania, que se especializa en prueba multi-direccional en tiempo real para simulación de terremoto de sistemas estructurales a  gran escala. El otro es un canal de oleaje, más largo que un campo de fútbol, en el Centro de Investigación de Tsunamis de la Oregon State University. En el sitio de Lehigh, se recreo a gran escala postes de madera y contenedores de transporte por el aire, en un péndulo, para determinar la fuerza del impacto a velocidades diferentes. En el Estado de Oregon, se encontraron pruebas similares en una escala de 1:5, pero esta vez en su canal con olas grandes para ver si eso hace la diferencia.

Sus supuestos básicos eran ciertos, pero había dos sorpresas. En primer lugar, cuando la velocidad del proyectil era el mismo, el agua no tiene un impacto significativo.

"Pensamos que el hecho de que estaba en el agua, aumentaría la carga, pero no fue así, al menos no sustancialmente", dice Riggs. "El impacto es tan corto, del orden de unos pocos milisegundos, que de alguna manera el agua no tiene tiempo para aumentar la fuerza."

La segunda sorpresa, fue que el peso del contenido del contenedor, también no importaba tanto como él hubiera esperado. El contenedor en sí, que tiene unos 20 metros de largo y pesa alrededor de 5,000 libras en vacío, podía pesar hasta 60,000 libras cuando está completamente cargado. Sin embargo, su carga al golpear un edificio no fue significativamente mayor que la del recipiente vacío.

La razón es la misma que para el agua, dice Riggs.

"A menos que los contenidos están rígidamente unidos al armazón del contenedor, que por lo general no lo estan, también el contenido no tiene tiempo para aumentar la fuerza durante la muy corta duración del impacto."

El siguiente paso para Riggs y su equipo es utilizar los resultados preliminares para definir mejor las pautas y políticas de construcción.

"Es especialmente importante para las zonas como Japón y la zona de Cascadia en la costa oeste de los Estados Unidos, donde los tsunamis son más propensos a golpear con poco aviso, por lo que la evacuación vertical es esencial", dice Riggs. "En Waikiki la problemática es que la densidad de población haría evacuación horizontal (tratando de correr más rápido que el tsunami) ".


Riggs presentará los resultados del equipo en la 32 ª Conferencia Internacional sobre Océanos, Ingeniería Offshore y Ártico, patrocinado por la Sociedad de Ingenieros Mecánicos ASME que se celebrará 9 a 14 junio en Nantes, Francia. Sus colegas son Clay Naito, profesor asociado de la Universidad de Lehigh, Dan Cox, profesor de la Universidad Estatal de Oregon, y Marcelo Kobayashi, profesor asociado de la Universidad de Hawai. Fuente: http://phys.org/news/2013-02-cargo-ability-tsunamis.html

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jueves, 31 de enero de 2013

Ingeniería para terremotos, cambios para prevenir muertes!

El principio de la ingeniería en estructuras, para una zona sísmica es simple: "Los terremotos no matan a la gente, las estructuras si lo hacen".

Como era de esperar, cuando los grandes terremotos ocurren en lugares remotos con poca población, el número de víctimas humanas a menudo cerca de cero con un impacto económico mínimo. Cuando los grandes terremotos ocurren en lugares desarrollados, los resultados son mucho más variables. En lugares como California, Chile, Japón o Nueva Zelanda, el número de muertos es generalmente pequeño, pero en otros lugares (China, Pakistán, Haití) la tasa de mortalidad suele ser muy alta, porque las viviendas no son tan resistentes a los terremotos.

Los terremotos desde 1900 con número de muertos
Las pérdidas económicas tienden a ser más grandes para los lugares con bajas tasas de mortalidad, pero expresado como un porcentaje del Producto Nacional Bruto (PNB), el impacto para estos sitios generalmente sigue siendo pequeño. Cuando la tasa de mortalidad es alta, el costo en dólares es generalmente bajo, pero astronómicamente es un gran porcentaje del PNB. Por ejemplo, las pérdidas directas causadas por el terremoto de 1989 en Loma Prieta en San Francisco fueron de US$ 8,0 billones de dólares, pero esto fue sólo una pérdida de 0,2% en el PNB de los EE.UU.. Por el contrario en el terremoto en Puerto Príncipe, Haití, costó US$ 7,9 billones de dólares, lo que represento una pérdida del 120% del PNB.

Sin embargo, sabemos que regiones son propensas a sismos en el mundo, también sabemos cómo tener buenos materiales de construcción y como diseñar y construir estructuras resistentes a los terremotos. Entonces, ¿cuál es el problema?

Cuando las tasas de mortalidad terremotos son muy altas, es porque hemos construido muchas estructuras que colapsan y matan a sus habitantes, incluso cuando se producen terremotos moderados. Construimos rápido, pensando que se está haciendo un gran trabajo. Después de todo, estamos proporcionando vivienda como parte del proceso de urbanización mundial. Sin embargo, yo diría que todavía estamos construyendo demasiadas estructuras que se convertirán en tumbas porque se derrumbarán y mataran gente.

Roger Bilham, profesor de Ciencias Geológicas en la Universidad de Colorado en Boulder, ha identificado las megaciudades que se ven amenazados por una gran catástrofe. Estos incluyen Bogotá, El Cairo, Caracas, Dhaka, Islamabad, Estambul, Yakarta, Karachi, Katmandú, Lima, Manila, Ciudad de México, Nueva Delhi, Quito y Teherán.

Para asegurarnos de no dejar, un legado inaceptable de calidad de edificación, para la próxima generación, la velocidad y el costo de las nuevas construcciones deben ser equilibrados por la cautela en el proceso de planificación y de diseño. El diseño sísmico puede aumentar la carga de trabajo, pero es demasiado importante como para ignorarlo, especialmente en áreas que experimentan rápido crecimiento poblacional y económico.

¿Cuánto costaría?
Utilizando datos del Banco Mundial y algunas suposiciones simples que podemos estimar la necesidad anual de viviendas en las regiones propensas a terremotos. El crecimiento de la población en regiones sísmicas es de aproximadamente 53million - cerca de la población del Reino Unido - por año. Estas personas necesitan un hogar. Si asumimos un promedio de 100m2 para alojar a cinco personas a un costo de cinco veces el ingreso anual promedio estimado de £ 6,300 el presupuesto anual de nueva construcción podría estar en la región de £ 334billones.

Si pudiéramos destinar tan solo 0,1% del costo de la construcción anual, a la promoción de la seguridad contra terremotos que ascendería a  £ 6.30 por nueva persona por año. Si extendemos el dinero aún más durante la actual población mundial total el costo sería de tan sólo siete peniques por persona al año.

¿Por qué no vamos a encontrar muchos siete peniques, necesarios para hacer una diferencia?

No hacerlo envía un mensaje desagradable a la siguiente generación: que la planificación anticipada y el reconocimiento de las consecuencias de su legado, no tienen importancia en ciertos lugares.

Los ingenieros pueden hacer la diferencia. ¿Qué tal:

1. Formación para lanzar campañas de reducción del riesgo de desastres,

2. Inclusión de ingeniería sísmica en cada plan de estudios de cada curso de ingeniería civil y de estructuras,

3. Tomar en serio la implementación (albañiles, carpinteros, fijadores de acero, soldadores, propietarios, responsables políticos, funcionarios gubernamentales, estudiantes nuevos, los practicantes de ingeniería y arquitectura),

4. El desarrollo de una aplicación para el diseño sísmico de estructuras típicas (sabemos que los teléfonos móviles se están convirtiendo en omnipresentes en todo el mundo en desarrollo y esto aumentaría la accesibilidad a la información y conocimientos de diseño sísmico),

5. Crear alianzas con operadores de telefonía móvil para recoger las donaciones de sus clientes para financiar esto.
Autor:  Kubilay Hicyilmaz

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jueves, 24 de enero de 2013

Nuevo enfoque antisísmico: “Diseño de evasión de daños” o "Damage avoidance design”

Se dijo que el costo financiero del 2011, por el terremoto en Japón - y los consecuentes tsunamis e incendios - podría ascender a US$100 billones dólares. Después de la devastadora pérdida de vidas sufridas, esto es un enorme costo económico para una nación.

Mientras que el enfoque y la prioridad siempre debe ser la reducción de pérdidas de humanas (a través de los códigos de diseño), se puede hacer más para reducir el impacto económico. Damian Grant, Ingeniero Senior en Ingeniería Antisísmica explica cómo los ingenieros pueden hacer la diferencia al mirar más allá de código para evitar daños por diseño.

El enfoque tradicional en el diseño antisísmico de edificios ha sido el garantizar la seguridad de la vida en un terremoto de gran magnitud. Daños significativos se tolera siempre que el edificio no colapse, y que la evacuación de los ocupantes no se vea obstaculizada. Hay muchas partes del mundo donde los edificios no han sido diseñados para ser resistentes a los terremotos, y el número de muertos son grandes, incluso en sismos moderados. Esto no se limita sólo a los países en desarrollo - a principios de este año, los terremotos en el norte de Italia mató a 25 personas y dejó sin hogar a 1000 más. Los ingenieros y arquitectos deberán asumir un papel de liderazgo para asegurar que la próxima generación de casas construidas en regiones propensas a terremotos del mundo, están diseñados para ser resistentes a los terremotos.

Christchurch earthquake.jpgEn algunas partes del mundo donde los códigos de diseño sísmico están bien desarrolladas y aplicadas - como Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda - el número de muertos en los terremotos son generalmente bajos, y las víctimas son en su mayoría a consecuencia de la caída de viviendas antiguos construidas con códigos antiguos. Los terremotos de 2010 y 2011 en Christchurch, Nueva Zelanda, dejo 185 víctimas – suma importante para una ciudad de sólo 370.000, pero relativamente baja teniendo en cuenta los niveles extremos de los temblores de tierra experimentado. Sin embargo, las pérdidas patrimoniales, económicos y culturales, asociados con la posterior demolición, a gran escala del centro de la ciudad de Christchurch, ha sido inmensa, por no hablar de los trastornos experimentados en barrios residenciales enteros, que han tenido que ser abandonados, debido al riesgo de deslizamientos o licuefacción de suleos .

El ejemplo de Christchurch, y otros terremotos en las últimas décadas, en los Estados Unidos y Japón, está cambiando el enfoque en el diseño anti-sísmico en la construcción de nuevos edificios, hacia el "Diseño de evasión de daños" “damage avoidance design” (también conocida como "diseño de poco daño" “low damage design”). En este caso, el objetivo no es sólo, para evitar el colapso súbito y las consiguientes pérdidas de vidas humanas, sino también para que el edificio sea reocupado con mínimos costos de reparación, después de un gran terremoto.

Normalmente esto se consigue mediante el diseño de articulaciones cuidadosamente diseñadas, o dispositivos que pueden acomodar los movimientos sísmicos impuestos a la estructura, en lugar de basarse solo en la fluencia del acero o la resistencia del hormigón o concreto. El Aislamiento de la base sísmica es la más desarrollada y generalizada de estas tecnologías, y ha sido empleada en la protección sísmica en más de 1000 de los edificios y puentes en Europa, Estados Unidos, Japón y Nueva Zelanda. Conceptualmente, el aislamiento sísmico trabaja separando la masa pesada de la estructura, de la vibración de la tierra, por una capa de dispositivos flexibles, de manera que cuando el suelo se mueve, se deforman los aisladores, pero el movimiento no se transmite a la estructura anterior. Los dispositivos de aislamiento se prueban en laboratorio antes de su instalación, que le da la confianza de que su comportamiento en el caso de un terremoto, será el que se considero en su diseño.

IstanbulLa siguiente foto muestra una de los 300 aisladores sísmicos que se están instalando en la nueva terminal internacional de Sabiha Gokcen, Istanbul - el edificio más grande del mundo, aislado sísmicamente.


El aislamiento sísmico también fue utilizado recientemente en el proyecto de reconstrucción de gran escala, del " Proyecto C.A.S.E. ", tras el devastador terremoto de L'Aquila en Italia en 2009. Esto implicó la construcción de 185 edificios de apartamentos, sentado sobre un total de casi 7.400 aisladores sísmicos, que comprende un total de 4600 apartamentos, todos terminados a 9 meses del terremoto. La clave aquí es la velocidad - especialmente cuando los recursos de ingeniería y construcción eran escasos en los meses posteriores al desastre. El aislamiento sísmico permite confiar en que estos edificios construidos rápidamente, se desempeñarán bien en un futuro terremoto.

Una aplicación más reciente del "Diseño de evasión de daños" es permitir la apertura de brechas en la estructura, concentrando así toda la deformación impuesta por el movimiento global del edificio en esta brecha en lugar de grandes movimientos y daños en la estructura. Por supuesto, estas diferencias no se puede permitir que interfieran con la capacidad de la estructura para soportar el peso de los pisos y del techo, antes, durante y después de un terremoto. Un mecanismo que permite alcanzar estos objetivos es conectar los componentes de la estructura junto con tendones postensados unbonded, que actúan como bandas de goma gigantes, tanto que sujetan la estructura en conjunto, sino también permitir que se produzca oscilación en las juntas, sin deslizamiento. Estos sistemas fueron estudiados por primera vez en detalle como parte del programa de investigación PRESSS (Prefabricados Estructurales sistemas sísmicos) en California en la década de 1990, y ahora están lo suficientemente desarrollados como para su ejecución. De hecho, la Cruz del Sur Endoscopia, edificio en Christchurch, construida con un sistema así, se salvaron de los  terremotos del 2010 y 2011.

Hasta ahora, el "Diseño de evasión de daños" “damage avoidance design” se ha aplicado sobre todo en los edificios que tienen un papel importante en las operaciones de recuperación post terremoto, como hospitales o centros públicos de defensa. Sin embargo, en Christchurch, donde los costos de reparación y reconstrucción asociados con el diseño tradicional, son ahora más ampliamente apreciado, por el público en general, el diseño de daño evitación, se está empleando incluso para oficinas convencionales o edificios residenciales. La comunidad de la ingeniería debe ser proactiva - no reactiva - en la aplicación de la mejor tecnología y conocimientos prácticos en otras zonas sísmicas.
Fuente: http://www.theengineer.co.uk/home/blog/guest-blog/earthquake-engineering-damage-avoidance-design/1015095.article

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