Experimental and numerical analysis of reinforced concrete elements subjected to blast loading

El hormigón es uno de los materiales de construcción más empleados en la actualidad debido a sus buenas prestaciones mecánicas, moldeabilidad y economía de obtención, entre otras ventajas. Es bien sabido que tiene una buena resistencia a compresión y una baja resistencia a tracción, por lo que se arma con barras de acero para formar el hormigón armado, material que se ha convertido por méritos propios en la solución constructiva más importante de nuestra época. A pesar de ser un material profusamente utilizado, hay aspectos del comportamiento del hormigón que todavía no son completamente conocidos, como es el caso de su respuesta ante los efectos de una explosión. Este es un campo de especial relevancia, debido a que los eventos, tanto intencionados como accidentales, en los que una estructura se ve sometida a una explosión son, por desgracia, relativamente frecuentes. La solicitación de una estructura ante una explosión se produce por el impacto sobre la misma de la onda de presión generada en la detonación. La aplicación de esta carga sobre la estructura es muy rápida y de muy corta duración. Este tipo de acciones se denominan cargas impulsivas, y pueden ser hasta cuatro órdenes de magnitud más rápidas que las cargas dinámicas impuestas por un terremoto. En consecuencia, no es de extrañar que sus efectos sobre las estructuras y sus materiales sean muy distintos que las que producen las cargas habitualmente consideradas en ingeniería. En la presente tesis doctoral se profundiza en el conocimiento del comportamiento material del hormigón sometido a explosiones. Para ello, es crucial contar con resultados experimentales de estructuras de hormigón sometidas a explosiones. Este tipo de resultados es difícil de encontrar en la literatura científica, ya que estos ensayos han sido tradicionalmente llevados a cabo en el ámbito militar y los resultados obtenidos no son de dominio público. Por otra parte, en las campañas experimentales con explosiones llevadas a cabo por instituciones civiles el elevado coste de acceso a explosivos y a campos de prueba adecuados no permite la realización de ensayos con un elevado número de muestras. Por este motivo, la dispersión experimental no es habitualmente controlada. Sin embargo, en elementos de hormigón armado sometidos a explosiones, la dispersión experimental es muy acusada, en primer lugar, por la propia heterogeneidad del hormigón, y en segundo, por la dificultad inherente a la realización de ensayos con explosiones, por motivos tales como dificultades en las condiciones de contorno, variabilidad del explosivo, o incluso cambios en las condiciones atmosféricas. Para paliar estos inconvenientes, en esta tesis doctoral se ha diseñado un novedoso dispositivo que permite ensayar hasta cuatro losas de hormigón bajo la misma detonación, lo que además de proporcionar un número de muestras estadísticamente representativo, supone un importante ahorro de costes. Con este dispositivo se han ensayado 28 losas de hormigón, tanto armadas como en masa, de dos dosificaciones distintas. Pero además de contar con datos experimentales, también es importante disponer de herramientas de cálculo para el análisis y diseño de estructuras sometidas a explosiones. Aunque existen diversos métodos analíticos, hoy por hoy las técnicas de simulación numérica suponen la alternativa más avanzada y versátil para el cálculo de elementos estructurales sometidos a cargas impulsivas. Sin embargo, para obtener resultados fiables es crucial contar con modelos constitutivos de material que tengan en cuenta los parámetros que gobiernan el comportamiento para el caso de carga en estudio. En este sentido, cabe destacar que la mayoría de los modelos constitutivos desarrollados para el hormigón a altas velocidades de deformación proceden del ámbito balístico, donde dominan las grandes tensiones de compresión en el entorno local de la zona afectada por el impacto. En el caso de los elementos de hormigón sometidos a explosiones, las tensiones de compresión son mucho más moderadas, siendo las tensiones de tracción generalmente las causantes de la rotura del material. En esta tesis doctoral se analiza la validez de algunos de los modelos disponibles, confirmando que los parámetros que gobiernan el fallo de las losas de hormigón armado ante explosiones son la resistencia a tracción y su ablandamiento tras rotura. En base a los resultados anteriores se ha desarrollado un modelo constitutivo para el hormigón ante altas velocidades de deformación, que sólo tiene en cuenta la rotura por tracción. Este modelo parte del de fisura cohesiva embebida con discontinuidad fuerte, desarrollado por Planas y Sancho, que ha demostrado su capacidad en la predicción de la rotura a tracción de elementos de hormigón en masa. El modelo ha sido modificado para su implementación en el programa comercial de integración explícita LS-DYNA, utilizando elementos finitos hexaédricos e incorporando la dependencia de la velocidad de deformación para permitir su utilización en el ámbito dinámico. El modelo es estrictamente local y no requiere de remallado ni conocer previamente la trayectoria de la fisura. Este modelo constitutivo ha sido utilizado para simular dos campañas experimentales, probando la hipótesis de que el fallo de elementos de hormigón ante explosiones está gobernado por el comportamiento a tracción, siendo de especial relevancia el ablandamiento del hormigón. Concrete is nowadays one of the most widely used building materials because of its good mechanical properties, moldability and production economy, among other advantages. As it is known, it has high compressive and low tensile strengths and for this reason it is reinforced with steel bars to form reinforced concrete, a material that has become the most important constructive solution of our time. Despite being such a widely used material, there are some aspects of concrete performance that are not yet fully understood, as it is the case of its response to the effects of an explosion. This is a topic of particular relevance because the events, both intentional and accidental, in which a structure is subjected to an explosion are, unfortunately, relatively common. The loading of a structure due to an explosive event occurs due to the impact of the pressure shock wave generated in the detonation. The application of this load on the structure is very fast and of very short duration. Such actions are called impulsive loads, and can be up to four orders of magnitude faster than the dynamic loads imposed by an earthquake. Consequently, it is not surprising that their effects on structures and materials are very different than those that cause the loads usually considered in engineering. This thesis broadens the knowledge about the material behavior of concrete subjected to explosions. To that end, it is crucial to have experimental results of concrete structures subjected to explosions. These types of results are difficult to find in the scientific literature, as these tests have traditionally been carried out by armies of different countries and the results obtained are classified. Moreover, in experimental campaigns with explosives conducted by civil institutions the high cost of accessing explosives and the lack of proper test fields does not allow for the testing of a large number of samples. For this reason, the experimental scatter is usually not controlled. However, in reinforced concrete elements subjected to explosions the experimental dispersion is very pronounced. First, due to the heterogeneity of concrete, and secondly, because of the difficulty inherent to testing with explosions, for reasons such as difficulties in the boundary conditions, variability of the explosive, or even atmospheric changes. To overcome these drawbacks, in this thesis we have designed a novel device that allows for testing up to four concrete slabs under the same detonation, which apart from providing a statistically representative number of samples, represents a significant saving in costs. A number of 28 slabs were tested using this device. The slabs were both reinforced and plain concrete, and two different concrete mixes were used. Besides having experimental data, it is also important to have computational tools for the analysis and design of structures subjected to explosions. Despite the existence of several analytical methods, numerical simulation techniques nowadays represent the most advanced and versatile alternative for the assessment of structural elements subjected to impulsive loading. However, to obtain reliable results it is crucial to have material constitutive models that take into account the parameters that govern the behavior for the load case under study. In this regard it is noteworthy that most of the developed constitutive models for concrete at high strain rates arise from the ballistic field, dominated by large compressive stresses in the local environment of the area affected by the impact. In the case of concrete elements subjected to an explosion, the compressive stresses are much more moderate, while tensile stresses usually cause material failure. This thesis discusses the validity of some of the available models, confirming that the parameters governing the failure of reinforced concrete slabs subjected to blast are the tensile strength and softening behaviour after failure. Based on these results we have developed a constitutive model for concrete at high strain rates, which only takes into account the ultimate tensile strength. This model is based on the embedded Cohesive Crack Model with Strong Discontinuity Approach developed by Planas and Sancho, which has proved its ability in predicting the tensile fracture of plain concrete elements. The model has been modified for its implementation in the commercial explicit integration program LS-DYNA, using hexahedral finite elements and incorporating the dependence of the strain rate, to allow for its use in dynamic domain. The model is strictly local and does not require remeshing nor prior knowledge of the crack path. This constitutive model has been used to simulate two experimental campaigns, confirming the hypothesis that the failure of concrete elements subjected to explosions is governed by their tensile response, being of particular relevance the softening behavior of concrete.

Modelo numérico del comportamiento histerético de uniones entre forjados reticulares y pilares de fachada

Las estructuras de forjados reticulares sobre pilares aislados han sido ampliamente utilizadas en el sur de Europa para edificios de viviendas y oficinas entre los a?nos setenta y noventa del siglo pasado. Estas estructuras, proyectadas y construidas con códigos actualmente obsoletos, podrían tener un comportamiento deficiente en caso de terremoto y es necesario evaluar su vulnerabilidad y la necesidad de ser reacondicionadas sísmicamente. Este artículo propone un modelo sencillo de transmisión de esfuerzos en uniones existentes entre forjado reticular y soporte exterior, solicitadas en la dirección normal al plano de fachada. La propuesta tiene en cuenta particularidades de estos forjados tales como la concentración de armaduras orientadas con los nervios y la presencia sistemática de crucetas de punzonamiento. El modelo global consiste en elementos tipo barra para los soportes y tipo placa para el forjado, con uniones entre ambos mediante rótulas a flexión y a torsión. La resistencia de las rótulas a flexión se determina a partir de la estimación de la porción de armadura longitudinal del forjado que transmite directamente momentos al pilar por flexión. La deformación de plastificación de las rótulas se estima con expresiones simples. Como ductilidad de las rótulas a flexión se adopta el valor propuesto por la norma FEMA 356, mientras que para las rótulas a torsión se adopta ductilidad infinita, lo cual es consistente con resultados experimentales previos. Se muestra que la respuesta frente a desplazamientos laterales impuestos monótonamente crecientes obtenida con el modelo propuesto se ajusta adecuadamente a resultados experimentales obtenidos en estudios anteriores, en cuanto a rigidez, resistencia y ductilidad.

Vulnerabilidad sísmica en Puerto Príncipe, Haití. Escala Macrosísmica Haitiana.

Haití, es un país claramente prioritario como receptor de cooperación para el desarrollo. Tras el terremoto del 12 de enero de 2010, se ha desarrollado un Proyecto de Cooperación Interuniversitaria entre la Universidad del Estado de Haití y la Universidad Politécnica de Madrid, financiado por la Agencia Española de Cooperación Internacional para el Desarrollo.El proyecto consiste en la formación y capacitación de los técnicos Haitianos para reconstruir su país. Se está trabajando en la creación de una escala macrosísmica Haitiana, partiendo como base de la Escala Macrosísmica Europea 1998. En este sentido, se hace un análisis exhaustivo de toda la documentación técnica y científica existente hasta la fecha sobre tipos de edificios, clases de vulnerabilidad y grados de daños dependiendo del tipo de edificio. Como caso de estudio se aplica en la ciudad de Puerto Príncipe.En primer lugar se ha clasificado el parque inmobiliario de Puerto Príncipe en diferentes tipologías constructivas, tras un trabajo de campo y teniendo en cuenta las guías de auto-construcción y reparación de edificios publicadas por el Ministerio de Obras Públicas, Transporte y Comunicaciones de Haití. (MTPTC).En el estudio de la vulnerabilidad, además del tipo de estructura de los edificios, se tiene en cuenta la habitabilidad básica que debe tener todo asentamiento humano, analizando no sólo el edificio, sino todo el entorno externo de espacios públicos, infraestructuras, dotaciones y servicios que, en conjunto,conforman el núcleo de cada población y permiten el funcionamiento eficiente del sistema de asentamientos del territorio habitado; pues, en última instancia, dicho territorio construido es el que mejor acota los riesgos ante la vulnerabilidad material y más garantiza la vida saludable de las personas. Los parámetros estudiados son: urbanísticos (anchos de vías, dimensiones de manzanas, trazado, infraestructuras,...), geológicos (estudios del efecto local e identificación de las fallas activas respecto a la edificación) y topográficos (implantación del edificio en zonas llanas, en laderas...). En último lugar, con todos estos datos y los daños registrados en el terremoto de enero de 2010, se hace una escala de intensidades macrosísmica y un plano de ordenación de la vulnerabilidad en Puerto Príncipe, que sirva de base a las autoridades haitianas para la planificación urbanística y la reconstrucción, mitigando de esta manera el riesgo símico. SUMMARY Haiti is a clear priority country as a recipient of development cooperation. After the earthquake of January 12, 2010, an Inter-University Cooperation Project has been developed between the State University of Haiti and the Polytechnic University of Madrid, funded by the Spanish Agency for International Development.The project consists of training and qualifying Haitian technicians to rebuild their country. We are currently working on the creation of a Haitian Macroseismic Scale,based on the European Macroseismic Scale 1998.For the accomplishment of this goal, a comprehensive (deep) analysis is being held, going through all the scientific and technical documentation to date, related to building types, kinds of vulnerability and degrees/ levels of damage depending on the type of building. As a case study, this has been applied to the city of Port-au-Prince.First of all, we have classified the housing typology of Port-au-Prince in different construction types, after carrying on field work in this area and keeping in mind the guidelines for self-construction and repairment of buildings published by the Ministry of Work, Transport and Communications of Haiti. (MTPTC).Regarding the study of vulnerability, besides the type of structure of the buildings, we take into account the basic habitability every human settlement should have, analyzing not only the building, but all the external environment of public spaces,infrastructures, amenities and services, which, as a whole, shape the core of each population and allow the efficient functioning of the settlement system on the inhabited territory. It is this territory,ultimately, the one that better narrows the risks when facing material vulnerability and that better ensures a healthy life for people. The studied parameters are: urban (lane width, block dimensions, layout, infrastructure...), geological (studies focusing on local effects and identification of the active faults in relation to the building) and topographical (implementation of the building on flat areas, slopes...)Finally, with all this data (information) and the registered damages related to the earthquake occurred in 2010, we create a Macroseismic Intensity Scale and a Management Plan of the vulnerability in Port-au-Prince. They will serve as a guideline for Haitians authorities in the urban planning and reconstruction, thus reducing seismic risk.

La modernidad arquitectónica en México : una mirada a través del arte y los medios impresos

Esta tesis se basa en la hipótesis de que la modernidad arquitectónica en México no es, como se ha pretendido, una historia homogénea, centrada en un puñado de figuras clave, sino una multiplicidad de narrativas complejas en las cuales el arte y los medios impresos juegan un papel esencial. Por tanto, se propone una nueva mirada sobre la arquitectura del siglo XX en México a partir de la relación con la fotografía, el dibujo, las ideas y los medios. La tesis se plantea con el fin de vincular la arquitectura con los movimientos artísticos relevantes, los autores con las publicaciones, las formas con los manifiestos. Asímismo, uno de los principales intereses es explorar los conceptos de modernidad y de identidad, como parte de la construcción misma de la arquitectura de dicha época y del concepto de “lo mexicano”. A pesar del énfasis que se ha dado en la construcción de un canon, muchas veces ligado a la noción de monumentalidad, regionalismo, y mestizaje, este trabajo parte de una mirada puesta no en las formas sino en los procesos. A partir de las conexiones entre distintas capas de información, se buscan nuevas maneras de abordar el proyecto arquitectónico. El crítico de arquitectura brasileño Hugo Segawa ha descrito la investigación sobre la arquitectura latinoamericana como “una tarea más de índole arqueológica que historiográfica”, sin embargo, también ha calificado a México como “el más vigoroso centro de debates teóricos en Latinoamérica a lo largo del siglo XX.” Ese descompas entre la ruina y el vigor, entre la abundancia de producción y la precariedad de su conservación, ha definido no solo el estudio de la arquitectura sino las propias formas de creación. Por tanto, la tesis se plantea como una nueva plataforma desde la cual sea posible reformular la arquitectura, lejos de su condición amnésica, pensada en cambio, como un sistema basado en una misma voluntad por indagar y crear. Se busca, siguiendo al crítico británico Anthony Vidler, “relacionar” la historia con el proyecto. Con el fin de quitarle lo escurridizo a una historia incompleta y sobre todo de poder entender la manera en que las ideas se convierten en forma o en objeto, la tesis se estructura a partir de 22 líneas de tiempo organizadas en tres recorridos que se cruzan: arquitectura; arte y pensamiento. A partir de referencias como el Atlas Mnemosyne de Aby Wargurg o la serie Asterisms del artista Gabriel Orozco, se crean nuevos dispositivos para ver. De tal manera, se desdoblan los distintos temas para trazar relaciones entre la ciudad, los edificios, las utopías, las publicaciones y la publicidad. El trabajo se construye como un nuevo instrumento de exploración articulado por medio de capas, como un mapa genealógico evolutivo. El objetivo es abarcar aquella arquitectura construida no sólo en la ciudad sino también en el papel. Iniciando con el trabajo de la generación que llevó la arquitectura al siglo XX, el estudio se extiende a manera de epílogo hasta la primera década del siglo XXI, reuniendo obras que normalmente se han visto de manera aislada para entenderlas en su contexto más amplio. Como escenario de búsquedas, esta tesis intenta provocar el cruce de significados, creyendo imprescindible una nueva reflexión en torno a la disciplina y a los escenarios en los cuales se inscribe. La arquitectura de México –un país que en el siglo XX pasó de tener 13 millones de habitantes a 100 millonescorresponde esencialmente a una producción anónima, o bien, fabricada a partir de estereotipos. Pero entre la mancha de desarrollo informal y el hito reconocible está un trabajo tan amplio como inexplorado. Por tanto, se ofrece una serie de nuevas constelaciones que comprenden desde la Revolución de 1910 a los Juegos Olímpicos de 1968; del terremoto de la ciudad de México en 1985 a los concursos internacionales de las últimas décadas. This thesis’ hypothesis states that architectural modernity in Mexico is not, as sometimes pretended, a homogeneous history, focused on some key figures, but rather a multiple and complex narrative, in which art and print media have played an essential role. Therefore, it proposes a new perspective on 20th century architecture in Mexico analized through the relationship between architecture and photography, art, theory and media. Its aim is to link architecture and artistic movements, authors and publications, forms and manifestos. What is intended here is to explore the concepts of ‘modernity’ and ‘identity’ as part of the construction of architecture and the concept of ‘Mexicanity’. Despite the emphasis that has been given to the construction of an architectural canon —mostly related to the notions of monumentality, regionalism and mestizaje/métissage— this thesis’ approach is focused mainly in processes and not in forms. Through connections between diverse layers of information, new ways of dealing with the architectural project are explored. Brazilian architecture critic Hugo Segawa has described the research on Latin American architecture as «more a task of archaeology than of historiography». Nonetheless, he has also described Mexico as «the most vigorous center of theoretical debates in Latin America throughout the 20th century». This acute discrepancy between decay and vigor, between abundance of production and precarious state of conservation has determined not only the ways in which architecture is studied and understood but also the process of architectural creation. This work is therefore outlined as a new platform in order to reformulate the discipline as a system based on a common will to research and create, far from the existing amnesiac attitude. Following British critic Anthony Vidler, the interest relies in the attempt to ‘relate’ History to project. In order to reduce the elusiveness of an incomplete history and, specially, to understand how ideas become forms and objects, this thesis is composed of 22 timelines organized in three intersecting itineraries: Architecture, Art and Theory. Drawing inspiration from Aby Warburg’s Atlas Mnemosyne and Gabriel Orozco’s series Asterisms, new exploration devices are created. In such a way, diverse topics unfold to draw connections between built environment, utopian projects, publications, photography and publicity. This work is developed as a new tool for exploration, articulated by layers, like an evolutionary genealogy map. Its objective is to analyze not only the architecture build in cities, but produced on paper. Starting with the work of the generation that led Mexican architecture into the 20th century, this research extends until the first decade of the 21st century (the epilogue), gathering together works which have been usually seen in isolation, and therefore making possible its understanding in a broader context. As a scenario for exploration, this work tries to prompt the crossing of meanings, in the belief that new approaches on the discipline and its context are needed. Architecture in Mexico — a country whose population grew in the 20th century form 13 to 100 million— is related essentially with an anonymous production, or else made from stereotypes. However, between the sprawl of informal urban developments and landmark buildings there is an architectural production as extensive as it is unexamined. This essay introduces a series of new constellations, ranging from the Revolution in 1910 to the Olympic Games in 1968; from the earthquake in Mexico City in 1985 to the international competitions of the last decade. These myriad perspectives present buildings that were never built, forgotten writings, iconic images and unpublished material.

SISMO-HAITÍ: Proyecto de cooperación para el cálculo de la peligrosidad y el riesgo sísmico en Haití

El terremoto ocurrido el 12 de enero de 2010 en Haití devastó la ciudad de Puerto Príncipe, interrumpiendo la actividad social y económica. El proyecto Sismo-Haití surgió como respuesta a la solicitud de ayuda del país ante esta catástrofe y está siendo llevado a cabo por el grupo de investigación en Ingeniería Sísmica de la Universidad Politécnica de Madrid, especialistas en geología y sismología de las universidades Complutense de Madrid, Almería y Alicante, el Consejo Superior de investigaciones Científicas y técnicos locales Haitianos. En el marco del citado proyecto se realizará un estudio de la amenaza sísmica, con la consiguiente obtención de mapas de aceleraciones que sirvan de base para una primera normativa sismorresistente en el país. Asimismo, se llevará a cabo un estudio de riesgo sísmico en alguna población piloto, incluyendo estudios de microzonación y vulnerabilidad sísmica, así como la estimación de daños y pérdidas humanas ante posibles sismos futuros, cuyos resultados irán dirigidos al diseño de planes de emergencia. En este trabajo se presentan los primeros avances del proyecto. Uno de los objetivos más importantes del proyecto Sismo-Haití es la formación de técnicos en el país a través de la transmisión de conocimientos y experiencia que el grupo de trabajo tiene en materia de peligrosidad y riesgo sísmico, así como en todo lo relacionado con la gestión de la emergencia.

Desarrollo de la aplicación web SISMO-HAITÍ para difusión de resultados de peligrosidad sísmica en la isla de La Española

Tras el catastrófico terremoto ocurrido en Haití el 12 de enero de 2010, de magnitud Mw 7 y profundidad de 10 km, (fuente: USGS) con un epicentro próximo a la capital, Puerto Príncipe (15 km), el país quedo en una situación catastrófica y de extrema pobreza, con necesidades básicas en salud, nutrición, educación y habitabilidad. Pocos meses después se inició el proyecto de cooperación SISMO-HAITI, financiado y coordinado por el Grupo de Investigación en Ingeniería Sísmica (GIIS) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), con participación de otras universidades españolas y del CSIC y siendo la contraparte Haitiana el Observatorio de Vulnerabilidad y Medio Ambiente (ONEV). Uno de los objetivos del proyecto es el cálculo de peligrosidad sísmica en la Isla de La Española que constituya la base para la elaboración del primer código sísmico del país. El trabajo que aquí se presenta es una aplicación web desarrollada con el Sistema de Información Geográfica (SIG) del proyecto SISMO-HAITI. En esta aplicación se integran los diferentes mapas generados para el cálculo de la peligrosidad sísmica, así como los mapas resultantes, que pueden ser analizados e interpretados con mayor facilidad gracias a la aplicación. Para analizar la influencia de los diferentes inputs de cálculo se ha introducido el catálogo sísmico, las diferentes zonificaciones sismo genéticas y las principales fallas tectónicas. Toda esta información se puede superponer geográficamente con posibilidad de realizar consultas cruzadas en las correspondientes bases de datos, permitiendo el análisis de sensibilidad de éstos en los resultados. El desarrollo de esta aplicación web se ha creado a través de ArcGis Server 10

SISMO-HAÏTI: Projet de coopération pour le calcul de l´aléa et le risque sismique en Haïti

Le calcul de l´aléa et le risque sismique en Haïti

Simulación de terremotos por rotura de falla usando el método de los elementos de contorno

Se presenta un método para la simulación de terremotos, basado en la modelización conjunta de la fuente del sismo,emplazamiento de la estructura y trayectoria intermedia. Esta aproximación tiene la ventaja, respecto a los métodos clásicos, de hacer innecesarias muchas de las hipótesis obligadas en estos, fundamentalmente en lo que respecta al tipo y características del tren de ondas incidente. Por otra parte, al englobar la fuente en la discretización se facilita la cuantificación del terremoto, según las ideas más actuales (basadas precisamente en las características físicas de la falla). Naturalmente, el método presenta una parte negativa obvia: la complejidad y extensión del sistema a modelizar. Es por ello que el método de los elementos de contorno, al discretizar tan sólo el contorno, parece la solución adecuada. La comunicación se centra en la formulación del método, poniendo de relieve la facilidad con que la aproximación se incluye en un programa usual de ordenador como una simple subrutina más.

Respuesta sísmica de suelos con histéresis y viscosidad

Un problema importante de ingeniería sísmica es la respuesta de depósitos estratificados de suelos cuando se encuentran sometidos a la acción del terremoto. El problema puede ser directo o inverso, según se pretenda obtener el movimiento en superficie cuando el fondo es solicitado por un sismo dado o, lo que es muy común en la técnica de análisis sísmico, se pretende realizar la deconvolución de un movimiento en superficie hasta una profundidad determinada con objeto de realizar a posteriori un análisis de interacción terreno-estructura. El problema es bien conocido así como sus dificultades relacionadas principalmente con el carácter no lineal del suelo y sus propiedades de amortiguamiento.

Modelización de las deformaciones corticales en El Salvador (Centroamérica) mediante la integración de datos geodésicos (GPS), geológicos y sismológicos

La República de El Salvador está localizada al norte de Centroamérica, limita al norte con Honduras, al este con Honduras y Nicaragua en el Golfo de Fonseca, al oeste con Guatemala y al sur con el Océano Pacífico. Con una población de casi 6.3 millones de habitantes (2012) y una extensión territorial de algo más de 21.000 km2, es el país más pequeño de toda Centroamérica, con la densidad de población más alta (292 habitantes por km2) y una tasa de pobreza que supera el 34%. Actualmente el 63.2% de la población del país se concentra en las ciudades, y más de la cuarta parte de la población se asienta en el Área Metropolitana de El Salvador (AMSS), lo que supone un área de alrededor del 2.6% del territorio salvadoreño. Según el Banco Mundial, el país tiene un PIB per cápita de 3790 dólares (2012). Asimismo, desde hace ya varios años el elemento clave en la economía salvadoreña ha sido las remesas del exterior, las cuales en el 2006 representaron el 15% del PIB, manteniéndose por varios años consecutivos como la más importante fuente de ingresos externos con que cuenta el país (Comisión Económica para América Latina‐CEPAL, 2007). La inestabilidad económica, la desigual distribución de la riqueza, así como la brecha entre los ámbitos urbano y rural, son las principales causas que limitan las capacidades de desarrollo social del país. El Salvador es uno de los países ecológicamente más devastado de América Latina. Más del 95% de sus bosques tropicales de hojas caducas han sido destruidos y más del 70% de la tierra sufre una severa erosión. Según la FAO el país se encuentra en un franco proceso de desertificación. Como consecuencia de ello, casi todas las especies de animales salvajes se han extinguido o están al borde de la extinción, sin que hasta ahora haya indicios de revertir tal proceso. Por otra parte, en el AMSS el 13% de la población habita sobre terrenos en riesgo por derrumbes o demasiado próximos a fuentes de contaminación (Mansilla, 2009). Por su ubicación geográfica, dinámica natural y territorial, El Salvador ha estado sometido históricamente a diferentes amenazas de origen natural, como terremotos, tormentas tropicales, sequías, actividad volcánica, inundaciones y deslizamientos, los que, sumados a los procesos sociales de transformación (la deforestación, los cambios de uso del suelo y la modificación de los cauces naturales), propician condiciones de riesgo y plantean altas posibilidades de que ocurran desastres. Es evidente que la suma del deterioro económico, social y ambiental, combinado con la multiplicidad de amenazas a las que puede verse sometido el territorio, hacen al país sumamente vulnerable a la ocurrencia de desastres de distintas magnitudes e impactos. En la historia reciente de El Salvador se han producido numerosos eventos de gran magnitud, tales como los terremotos de enero y febrero de 2001. El 13 de enero de 2001 El Salvador sufrió un terremoto de magnitud Mw 7.7 relacionado con la zona de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe, dejando alrededor de 900 muertos y numerosos daños materiales. A este terremoto le siguió un mes después, el 13 de febrero de 2001, otro de magnitud Mw 6.6 de origen continental que sumó más de 300 víctimas mortales y terminó de derribar gran cantidad de casas ya dañadas por el terremoto anterior. Ambos eventos dispararon enormes deslizamientos de tierra, que fueron los responsables de la mayoría de las muertes. Como se observó durante el terremoto de 2001, este tipo de sismicidad implica un alto riesgo para la sociedad salvadoreña debido a la gran concentración de población en zonas con fuertes pendientes y muy deforestadas susceptibles de sufrir deslizamientos, y debido también a la escasez de planes urbanísticos. La complicada evolución sociopolítica del país durante los últimos 50 años, con una larga guerra civil, ha influido que hayan sido escasas las investigaciones científicas relacionadas con la sismotectónica y el riesgo sísmico asociada a la geología local. La ocurrencia de los terremotos citados disparó un interés a nivel internacional en la adquisición e interpretación de nuevos datos de tectónica activa que con los años han dado lugar a diferentes trabajos. Fue precisamente a partir del interés en estos eventos del 2001 cuando comenzó la colaboración de la Dra. Benito y el Dr. Martínez‐Díaz (directores de esta tesis) en El Salvador (Benito et al. 2004), lo que dio lugar a distintos proyectos de cooperación e investigación que han tenido lugar hasta la actualidad, y que se han centrado en el desarrollo de estudios geológicos, sismológicos para mejorar el cálculo de la amenaza sísmica en El Salvador. Según Martínez‐Díaz et al. (2004) la responsable del terremoto de febrero de 2001 fue la que se denomina como Zona de Falla de El Salvador (ZFES), una zona de falla que atraviesa el país de este a oeste que no había sido descrita con anterioridad. Con el fin de estudiar y caracterizar el comportamiento de este sistema de fallas para su introducción en la evaluación de la amenaza sísmica de la zona se plantean diferentes estudios sismotectónicos y paleosísmicos, y, entre ellos, esta tesis que surge de la necesidad de estudiar el comportamiento cinemático actual de la ZFES, mediante la aplicación de técnicas geodésicas (GNSS) y su integración con datos geológicos y sismológicos. Con el objetivo de reconocer la ZFES y estudiar la viabilidad de la aplicación de estas técnicas en la zona de estudio, realicé mi primer viaje a El Salvador en septiembre de 2006. A raíz de este viaje, en 2007, comienza el proyecto ZFESNet (Staller et al., 2008) estableciendo las primeras estaciones y realizando la primera campaña de observación en la ZFES. Han sido 6 años de mediciones e intenso trabajo de lo que hoy se obtienen los primeros resultados. El interés que despiertan los terremotos y sus efectos, así como la vulnerabilidad que tiene El Salvador a estos eventos, ha sido para la autora un aliciente añadido a su trabajo, animándola a perseverar en el desarrollo de su tesis, a pesar de la multitud de imprevistos y problemas que han surgido durante su transcurso. La aportación de esta tesis al conocimiento actual de la ZFES se espera que sea un germen para futuras investigaciones y en particular para mejorar la evaluación de la amenaza sísmica de la zona. No obstante, se hace hincapié en que tan importante como el conocimiento de las fuentes sísmicas es su uso en la planificación urbanística del terreno y en la elaboración de normas sismoresistentes y su aplicación por parte de los responsables, lo cual ayudaría a paliar los efectos de fenómenos naturales como el terremoto, el cual no podemos evitar. El proyecto ZFESNet ha sido financiado fundamentalmente por tres proyectos de las convocatorias anuales de Ayudas para la realización de actividades con Latinoamérica de la UPM, de los que la autora de esta tesis ha sido la responsable, estos son: “Establecimiento de una Red de Control GPS en la Zona de Falla de El Salvador”, “Determinación de deformaciones y desplazamientos en la Zona de Falla de El Salvador” y “Determinación de deformaciones y desplazamientos en la Zona de Falla de El Salvador II”, y parcialmente por el proyecto de la Agencia Española de Cooperación y Desarrollo (AECID); “Desarrollo de estudios geológicos y sismológicos en El Salvador dirigidos a la mitigación del riesgo sísmico”, y el Proyecto Nacional I+D+i SISMOCAES: “Estudios geológicos y sísmicos en Centroamérica y lecciones hacia la evaluación del riesgo sísmico en el sur de España”.

Reacondicionamiento sísmico de pilares de hormigón armado con material compuesto

Durante la ocurrencia de un terremoto, los pilares de los puentes y de los edificios se ven sometidos a fuertes cargas laterales. Este tipo de acciones puede llegar a provocar el fallo de las columnas por una insuficiencia en la resistencia a cortante, en la resistencia a flexión o en la ductilidad especialmente en estructuras proyectadas con normativas sísmicas antiguas. El confinamiento de estas columnas con materiales compuestos contribuye a mejorar la resistencia de las mismas así como su ductilidad lo que constituye, por tanto, una medida de reacondicionamiento sísmico. En este trabajo se propone un modelo para evaluar el comportamiento sísmico de pilares reacondicionados con camisas de material compuesto.

Evaluación de la vulnerabilidad sísmica urbana basada en tipologías constructivas y disposición urbana de la edificación. Aplicación en la ciudad de Lorca, región de Murcia

Actualmente, diversos terremotos han puesto de manifiesto la importancia de planificar las ciudades y la gran influencia que tiene el comportamiento de los edificios como consecuencia de los resultados de pérdidas humanas y económicas. Ante la imposibilidad de evitar la ocurrencia de terremotos y de predecirlos con un margen pequeño de tiempo para tomar acciones a corto plazo, la reducción de la vulnerabilidad de los elementos expuestos es la medida más eficaz para prevenir los daños y para evitar el desastre. Existen varios estudios anteriores de Norman B. Green (1980), Teresa Guevara López (2009 y 2012) que recogen criterios ya generalizados dentro de la bibliografía sísmica y algunos aspectos procedentes de norma sísmicas precursoras en este campo (por ejemplo, las peruanas) para establecer inicialmente unos principios urbanístico-sísmicos. Además, varios proyectos relacionados con el riesgo sísmico, RisK-Ue (2003), SERAMAR (Lars Abrahamczyk et al., 2013) han desarrollado metodologías que clasifican la vulnerabilidad de los edificios teniendo en cuenta modificadores por comportamientos y configuraciones irregulares sísmicamente. El presente trabajo desarrolla una metodología empírica para identificar y caracterizar los parámetros urbanísticos que determinan una respuesta sísmica irregular de las edificaciones, graduar su relación con el daño tras un terremoto y poder así disminuir la vulnerabilidad sísmica de las ciudades. La metodología desarrollada en esta tesis doctoral se aplica en la ciudad de Lorca, Región de Murcia. Se realiza un trabajo de campo donde se clasifican los edificios según su tipología estructural y sus parámetros urbanísticos. A través de un estudio estadístico se analiza la correlación con el daño de las edificaciones tras el terremoto del 11 de mayo de 2011. Previamente se ha hecho una clasificación de los edificios según la clase de suelo en la que se encuentran según el Eurocódigo8 (Navarro et al, 2012). Por último, se aplica la metodología para obtener una estimación de la habitabilidad de los edificios en Lorca post sismo. Para esta clasificación se ha adoptado el criterio recogido en diversas recomendaciones internacionales, la mayoría de las cuales se basan en la documentación generada por el ATC- Applied Technology Council, distinguiendo entre edificios habitables (no daño-daño no estructural) y edificios no habitables (daño estructural). ABSTRACT Currently, various earthquakes have made clear first, the importance of city planning and secondly, the great influence that has the behaviour of buildings as a consequence of the results of human and economic losses. Faced with the impossibility of avoiding the occurrence of earthquakes and predicting its with a small margin of time to take action in the short term, the reduction of the vulnerability of exposed elements is the most effective measure to prevent damage and to prevent the disaster. There are several previous studies, Norman B. Green (1980), Teresa Guevara López (2009-2012) collecting criteria already widespread within the seismic bibliography and we can find some aspects from standard seismic precursor in this field (for example, the Peruvian) to initially establish urban - seismic principles. In addition, several projects related to seismic risk, RisK-EU (2003), SERAMAR (Lars Abrahamczyk et al., 2013) have developed methodologies that classify the vulnerability of buildings taking into account modifiers for behaviours and irregular configurations in seismical terms. This paper develops an empirical methodology to identify and characterize the irregular urban parameters seismically, graduate its relationship with the building damages after an earthquake and thus reduce the seismic vulnerability of cities. The methodology developed in this thesis applies in the city of Lorca, Region of Murcia. Fieldwork where buildings are classified according to their structural type and its urban performance parameters. Through a statistical study the correlation with damage of buildings is analyzed after the earthquake of May 11, 2011. Previously a classification of the buildings has been made according to the kind of soil according to the Eurocodigo 8 (Navarro et al, 2012). Finally, you get an estimate of the building habitability in Lorca. As a result, this classification adopted the criterion contained in various international recommendations, most of which are based on the documentation published by the ATC - Applied Technology Council, habitable buildings (not damage -damage non-structural) and non habitable buildings (structural damage).

Análisis estructural : Métodos de cálculo en ingeniería sísmica

En el primer capítulo se analizan las generalidades relativas al sismo. Tras algunas consideraciones sobre los fenómenos que aparecen durante un terremoto se describen algunos ejemplos históricos que han sido determinantes en el desarrollo del conocimiento y, finalmente, se plantean algunos problemas típicos de la ingeniería sísmica. En el siguiente capítulo se resumen algunos conceptos utilizados en la descripción física de la acción. Se trata de una presentación muy somera de temas en continua evolución. Se comienza con unas indicaciones sobre tectónica global que permiten hacerse una idea del origen de los terremotos en un marco general. A continuación se recuerdan algunos conceptos imprescindibles sobre propagación de ondas en medios elásticos, lo que permite comentar la composición de los acelerogramas, la estructura interna de la tierra y la localización de terremotos. Finalmente se incluyen las definiciones fenomenológicas e instrumentales utilizadas para describir el sismo, así como algunas correlaciones habituales entre ellas. En el capítulo posterior se desarrollan los criterios que permiten fijar la importancia de la acción sísmica en un emplazamiento determinado. Aunque aquéllos son semejantes para una cuantificación global y local se va a poner especial énfasis en la explicación de los métodos que han llevado al establecimiento del mapa sísmico español. En general cabe decir que el proyectista necesita evaluar los riesgos de diferentes niveles de daño con objeto de comparar soluciones alternativas. Para ello se precisa ser capaz de cuantificar y localizar la importancia de los sismos, el daño que producen en las estructuras así como cuantificar el coste generalizado (coste inicial+ beneficios+ coste de reparación) de la construcción. Tradicionalmente se ha empleado un enfoque determinista en que la solicitación sísmica se tomaba semejante a la máxima registrada históricamente. Tan solo en épocas recientes se ha impuesto una filosofía probabilista basada fundamentalmente en ideas expuestas por Cornell y Esteva en los años sesenta. En ambos casos se recurre a un estudio detallado de la estructura geotectónica de la región, en especial sus fallas activas, así como a la historia sísmica con localización de epicentros y asignación de intensidades que en nuestro país se puede basar en los catálogos existentes. En el caso determinista se postula que el máximo sismo histórico de cada falla se produce en la zona más próxima al emplazamiento, y utilizando fórmulas de atenuación se obtiene la característica de interés en aquel. En el último capítulo se van a describir métodos que, además de su aplicabilidad a sismos concretos han permitido la identificación de propiedades globales y, por tanto, la definición de la acción en función de un número limitado de parámetros. Aunque en un principio la descripción temporal fue la más usada, se ha observado que el contenido en frecuencias tiene una importancia capital y por ello se presentan sucesivamente ambos enfoques. Se dedica un apartado especial al concepto de espectro de respuesta elástica ya que está en la base de la mayoría de las recomendaciones de la normativa y recoge en forma muy sencilla una impresionante cantidad de información. Finalmente, se realizan breves indicaciones sobre los procedimientos utilizados para generar acelerogramas sintéticos que gocen de algunas de las propiedades globales puestas de manifiesto por las representaciones anteriores. Conviene remarcar que la importancia de los conceptos de densidad espectral o espectro de respuesta, radican no sólo en su capacidad para representar propiedades de un sismo dado sino, a través de su correspondiente normalización y promediación. En el último capítulo se incluyen algunas observaciones de interés sobre las modificaciones que las condiciones locales del suelo introducen en el movimiento sísmico.

Cálculo de la susceptibilidad de deslizamiento del terreno en Lorca mediante un Sistema de Información Geográfica.

El presente proyecto constituye una ampliación del proyecto final de carrera “Análisis del terremoto de Lorca 2011 mediante un Sistema de Información Geográfica” realizado en abril de 2013. Esta ampliación se centra en el estudio de la susceptibilidad del terreno a sufrir deslizamientos de laderas, con una aplicación en el municipio de Lorca, localizado en la Región de Murcia. Posteriormente, se realiza una comparativa entre los resultados de este estudio y los deslizamientos de ladera ocasionados por el terremoto de Lorca 2011. Para hacer el estudio de susceptibilidad, se ha partido del Sistema de Información Geográfica (SIG) diseñado en el proyecto anterior y se ha completado con más capas de información geográfica, referentes a la estimación de la susceptibilidad del terreno, como BCN25, mapa geotécnico, de ocupación del suelo... Todo proceso relacionado con la prevención y gestión de desastres naturales demanda la elaboración de una cartografía temática relativa a los aspectos a tratar. En este proyecto se detalla el proceso de producción de mapas de susceptibilidad del suelo a los deslizamientos usando como herramienta fundamental un SIG. Éste permite, en primer lugar, integrar, homogeneizar y analizar todas las variables que intervienen en el análisis de la susceptibilidad (pluviometría, características geotécnicas del suelo, altitud, pendiente...), en segundo lugar, integrar todos los factores intervinientes para obtener un mapa de susceptibilidad y, por último, incorporar los deslizamientos de ladera desencadenados por el terremoto de Lorca 2011 y compararlos con el mapa de susceptibilidad.

Diseño de la red sísmica digital por satélite Haitiana

En 2010, Recursos Naturales Canada (RNC) instaló 3 estaciones sísmicas con transmisión vía satélite en Jacmel, Léogane y Puerto Príncipe, la capital de la Republica de Haití. Dicha instalación tenía como objetivo la monitorización de las réplicas del terremoto del 12 de enero del mismo año. Con el objetivo de ampliar la cobertura de la monitorización sísmica a todo el país y tener un centro de control propio, el Observatorio Nacional de Medio Ambiente y de la Vulnerabilidad (ONEV) del Ministerio del Medio Ambiente de Haití (MDE) compró 4 estaciones sísmicas completas con transmisión vía satélite de Nanometrics Inc. y el software correspondiente. Desafortunadamente, no se está sacando provecho de dichas estaciones compradas. En la actualidad, dos de ellas, que están instaladas en Hinche y Cabo Haitiano, no están configuradas, y las otras siguen en el almacén del ONEV. No se ha conseguido el presupuesto para completar la instalación, ni tampoco para implantar el centro de control de la red sísmica digital por satélite que se quiere configurar en el país. El presente trabajo propone un diseño completo de la Red Sísmica Digital por Satélite Haitiana y la planificación para su implantación real, incluyendo las estaciones y el centro de control. Por ello se han estudiado las redes sísmicas modernas, las características de las redes sísmicas del Caribe, el sistema de transmisión Libra de Nanometrics y los software de adquisición y procesamiento de datos sísmicos Apollo y SeisComp3. También se ha estudiado la distribución espacial de las estaciones sísmicas con transmisión vía satélite instaladas en el país proponiendo alternativas y recomendaciones para futura ampliación, considerando los aspectos científicos, políticos y económicos, a la Isla de Vaca (Ile‐à‐Vache) en el extremo sur del país y la Isla de la Tortuga (Ile de la Tortue) al norte de la Falla Septentrional en el extremo norte del territorio haitiano.