UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA Departament D’Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica Programa de doctorado: Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural Evaluación probabilista del riesgo sísmico de edificios en zonas urbanas Tesis doctoral presentada para optar al grado de doctor por la Universitat Politècnica de Catalunya Autor: Armando Aguilar Meléndez Directores: Dr. Alex H. Barbat, Dr. Luis G. Pujades Beneit y Dr. Mario G. Ordaz Schroeder Barcelona, mayo de 2011 UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA Departament D’Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica Programa de doctorado: Ingeniería Sísmica y Dinámica Estructural Evaluación probabilista del riesgo sísmico de edificios en zonas urbanas Tesis doctoral presentada para optar al grado de doctor por la Universitat Politècnica de Catalunya Autor: Armando Aguilar Meléndez Directores: Dr. Alex H. Barbat, Dr. Luis G. Pujades Beneit y Dr. Mario G. Ordaz Schroeder Barcelona, mayo de 2011 Evaluación Probabilista del Riesgo Sísmico de Edificios en Zonas Urbanas DEDICATORIAS A Amelia, Armando y Diego. Armando Aguilar Larios y Araceli Meléndez Aviña. Amelia Ríos Camacho y José Buenaventura Campos. Araceli y Grissel. Salud, Juan, Mary Cruz, Gore, Tollín, Francisco, Bibiana, Irma, Beto, Benjamin, Eduardo, David y Gerónimo. Raúl Arias Lovillo. César I. Beristain Guevara. Leticia Rodríguez Audirac y Mauricio Aguirre. Miguel, Elizabeth, Berenice y Michelle. Isabel Aguilar Larios, Gabriela, Alejandro y Jaime Rangel, Jum-Ko, Aimeé y Jaime A. Ricardo Sosa Aguilar. Anna González Rueda, Enric y Jordi. Esther, Albert, Ainara, Laia y Tere. Joan Campás. Cristina, Gregorio y Tibet. Alfonso, Nuria, Iván y Edgar. Josep, Feli y Oriol. Octavio, Dali y Tzanda. Mariluz, Carlos y Jordán. Angels, Santi y Albert. Susana, José, Noelia y Alex. Guillermo, Victoria, Joel y Jan. Lidia, Joan y Marc. Berna, Julia, Miriam y Sara. Gloria, Enrique, Laura y Lucía. Xavi, Silvia, Alba y Ainoa. Jesús y Sagra. Montse, Nerea y Adhara. Mery y Vicente. José Luis Jiménez, María Dolores Mendívil, José Atzín, Sanicté, Yunuem, Hueman, Noé, Isaac, Luis, Soraya y Magali. Tonantzin, Luz Daniela, Alarii y Trilce Jimena. Nidal, Razan, Dunia, Omar y Caram. Paty Meléndez y Gustavo. Jesús Meléndez, Doris Ortega, Pedro, Osmani, Rolando Salgado, Nora, Kevin y Diogo. Odette y Orestes. Leticia, Gustavo, Gisela, Estuardo, Demetrio, Arturo Pérez, Rodrigo Gómez y Luis Ibarra. Victor y Felipe Meléndez Aviña. Alfredo García-Cano y familia. Gustavo Aoyama y familia. Iván Badillo. Oralia. Alejandro Córdova y familia. José Luis Sánchez A. y Alejandro García Elías. José Luis Vázquez Cuellar y familia. Víctor, Gisela, Jalil, Lety, Erick, Estuardo, Efraín, Mario, Tere, María, Ivonne, Tania, Pedro y Nora. René Alvarado Larios, Maritza, Diana, Maritza y Joel Ruiz, Carlos Herrera, Luis Demetrio René. Villanueva, Blanca Miriam, Nidia, Julieta e Ía Medellín. Rosa Amador, Rosa Elena y Adriana Larios A. José Flores García y familia. Evaluación Probabilista del Riesgo Sísmico de Edificios en Zonas Urbanas AGRADECIMIENTOS - Agradezco a los profesores Lluis Pujades, Alex Barbat, y Mario Ordaz por brindarme su excelente dirección académica y orientación durante todas las etapas de mis estudios de doctorado. Al profesor Lluis Pujades le agradezco también haber sido un excelente tutor durante mi estancia en la UPC. - Doy gracias a todas las personas e instituciones que con sus recomendaciones y/o con información contribuyeron al desarrollo de la presente tesis, en especial a: - La Dra. Nieves Lantada de la UPC. - El Dr. Xavier Goula de l’Institut Geològic de Catalunya (IGC). - El Servei de Protecció Civil, el Departament d’Estadística y l’Institut Municipal d’Informàtica del Ayuntamiento de Barcelona, por los documentos y datos compartidos. - Agradezco el valioso apoyo que me brindaron muchas personas de la Universidad Veracruzana, en especial el que me otorgaron las personas siguientes: Dr. Raúl Arias Lovillo. Dr. Porfirio Carrillo Castilla. Dr. César I. Beristain Guevara. Mtra. Caritina Téllez Silva. Mtra. Leticia Rodríguez Audirac. Mtro. Mauricio Aguirre Serena. Ing. José Luis López Hernández. Mtro. Alejandro Córdova Ceballos. Mtro. Roberto Mateos Crespo. Ing. José Luis Sánchez Amador. Lic. Patricia Luna González. Lic. Olga Sobrino Ortiz. LAE. Ma. del Socorro Calderón Flores. Lic. Rosy Salas. Lic. Julieta Reyes. CP. Verónica Cruz H. - Agradezco el apoyo de los compañeros de la UPC, en especial a Víctor Schmidt, Ester Tarela, Cristian Sandoval, Carlos Bermúdez, Galo Valdebenito, Yeudy Vargas, Jairo Valcarcel, Mabel Marulanda, Martha Liliana Carreño, Cristian Sandoval, Miguel Ángel Montaña, Nayive Jaramillo, María Andrea Martínez, Rodrigo Franklin, Guillermo Martínez, Francisco Hurtado, Daniela Ciancio, Virma, Gonzálo Valdés, Guillem. - Expreso mi agradecimiento a la Universidad Veracruzana por apoyarme en tan enriquecedora experiencia, y a la UPC por enseñarme nuevos caminos. Finalmente, agradezco a las importantes instituciones mexicanas que contribuyeron al financiamiento de mis estudios de doctorado. Este trabajo estuvo parcialmente financiado por: 1) el proyecto “Contribuciones sismológicas, geofísicas y de ingeniería a la predicción y prevención del riesgo sísmico” (CGL2008-00869/BTE); 2) el proyecto “SisPyr: INTERREG: POCTEFA 2007-2013/73/08”, con fondos FEDER y de la Comisión Europea. Evaluación Probabilista del Riesgo Sísmico de Edificios en Zonas Urbanas RESUMEN En el presente trabajo se propone una metodología probabilista para estimar el riesgo sísmico de edificios en zonas urbanas. El riesgo sísmico obtenido mediante dicha metodología se expresa en términos de probabilidades anuales de excedencia de estados de daño y pérdidas. La metodología propuesta se denomina LM1_P debido a que tiene como punto de partida la metodología LM1 de Risk-UE. Para estimar el riesgo sísmico de edificios mediante la metodología LM1_P, se considera la peligrosidad sísmica del sitio donde se localizan dichos edificios, y la vulnerabilidad sísmica de cada uno de los edificios estudiados, incorporando un enfoque probabilista. La peligrosidad sísmica se toma en cuenta mediante tasas de excedencia de intensidades macrosísmicas, y la vulnerabilidad sísmica de cada edificio se considera mediante funciones de probabilidad tipo beta, que indican las probabilidades de que se presenten diferentes valores de un índice de vulnerabilidad. En esta metodología, el daño físico directo esperado se estima mediante funciones semi-empíricas deterministas que relacionan la peligrosidad y la vulnerabilidad. Con la finalidad de facilitar la aplicación de la metodología LM1_P se ha desarrollado un código para ordenador. Dicho código denominado USERISK 2011 permite estimar el riesgo sísmico de los edificios de cualquier zona urbana. Para mostrar la aplicación de la metodología LM1_P se estimó el riesgo sísmico de los edificios de Barcelona. El procedimiento seguido para obtener dicho riesgo incluyó la estimación probabilista de la peligrosidad sísmica de Barcelona, y de la vulnerabilidad sísmica de los edificios de la ciudad. De acuerdo con los resultados en Barcelona la intensidad macrosísmica igual a VI, tiene en promedio un periodo de retorno de 278 años. Mientras que la intensidad macrosísmica que en la ciudad tiene un periodo de retorno de 475 años es un valor de 6.3 (VI-VII). Respecto a los resultados de vulnerabilidad sísmica es posible destacar que de acuerdo con las curvas de vulnerabilidad promedio, la probabilidad de que en Barcelona el índice de vulnerabilidad sea mayor que 0.5 varía entre el 79.05% y el 93.21%, con un valor medio del 87.91%. En cuanto al riesgo sísmico es posible identificar que de acuerdo con las curvas de riesgo sísmico promedio, el grado de daño moderado en Barcelona tiene una frecuencia anual de excedencia promedio que varía entre 5.09 x 10-3 y 9.92 x 10-3, con un valor medio de 7.26 x 10-3.