Ingeniería sísmica : discurso leído en la solemne entrega de los diplomas académicos a los ingenieros industriales de la promoción 134

En estas páginas se ha tomado el tema de la Ingeniería Sísmica como ejemplo y pretexto para mostrar la actitud del ingeniero: observación, comprensión, reflexión y generalización son virtudes comunes en el establecimiento de los paradigmas tanto científicos como técnicos. El ingeniero arranca de ellos, pero debe prolongar su actividad en la elaboración de artefactos que aprovechen las leyes establecidas para extraer un beneficio o conseguir un fin. Por eso el premio Nobel Simon habla de la ingeniería como la ciencia de lo artificial.El éxito o el fracaso del artefacto permite detectar nuevos problemas o establecer un Código de buenas prácticas al que atenerse. Este equilibrio entre práctica profesional e investigación de nuevas posibilidades es el que mantiene activa la llama de esta Escuela y mide la vitalidad de una especialidad. Si falla la creatividad se cae en la rutina y la obsolescencia, si falta la aplicación profesional se cae en el aislamiento. En cualquiera de los casos se pierde la competitividad, el mercado, y en definitiva, las señas de identidad de la profesión.

Métodos numéricos en ingeniería sísmica

Los métodos numéricos aplicados al estudio de estructuras sometidas a esfuezos de origen sísmico han sido utilizados habitualmente en ingeniería. La limitación tradicional con que se encontraba el analista radicaba en el enorme esfuerzo de cálculo mecánico necesario para obtener respuestas significativas tan pronto como el modelo matemático a analizar presentaba una cierta complejidad. Esta situación se vió sustancialmente modificada por la aparición del ordenador que, justamente, libera al proyectista del trabajo repetitivo irracional y permite dedicar tiempo a la reflexión, a la par que aumenta espectacularmente la capacidad de modelado. No es extraño pues, que en los ultimos 30 años se haya asistido a un renacimiento de una rama de la Matemática que parecía agostada y que ,fecundada por la nueva herramienta ha florecido en un sinf{n de técnicas y procedimientos que ponen al alcance del ingeniero el análisis de virtualmente, cualquier problema estructural. En este capítulo se pretende exponer algunas de las ideas subyacentes en estos métodos nuevos así como su posible aplicación al campo que nos interesa. Evidentemente, la limitación de espacio impedirá profundizar adecuadamente en los temas, pero la finalidad última será dotar al estudioso de un marco general en el que situar posteriores aventuras intelectuales. El contenido se articula en tres grupos principales que se refieren, respectivamente al modelado de la solicitación sísmica, de la estructura y cimiento, y al análisis de la respuesta. Tras lo dicho anteriormente, una exposición que no incluyese alguna manifestación palpable de la influencia de la máquina, estaría indefectiblemente esviada. Por ello, se incluyen como apéndices cuatro bloques de subrutinas; dos de ellas, en lenguaje Basic de microordenador, se refeiren a la transformada rápida de Fourier de la que se hablará más adelante, y al cálculo de autovalores de estructuras formadas por barras; la tercera es un pequeño programa en Fortran IV, que permite obtener la respuesta de un sistema de un grado de libertad por un método de integracidn paso a paso. En el primer apartado se inserta tambien un programa de determinación de hipocentros. Todas las subrutinas son elementales y ampliamente mejorables. Creemos sin embargo que ello las hace especialmente legibles lo que puede impeler su uso y mejora par el estudiante ; intervención, en definitiva ,deseada y que es el más importante objetivo al que aspiramos.

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.

Análisis de los acelerogramas de la serie de Adra (Almería): diciembre 1993 a enero 1994

Se analizan en este trabajo los datos acelerográficos asociados a los dos sismos principales de la denominada serie de Adra. Esta serie está constituida por un conjunto de terremotos de magnitud mb=5.0 que ocurrieron durante los meses de diciembre de 1993 y enero de 1994 en la provincia de Almería, representando el primer caso de registro de gran número de acelerogramas (terremotos principales y replicas) en España.

Experiencias en innovación y mejora de la docencia de la ingenieria sísmica.

Resumen tomado de la publicación

Peligrosidad sísmica en la península ibérica

Se estudia la peligrosidad sísmica en la Península Ibérica con una metodología no paramétrica basada en estimadores de densidad kernel; la tasa de actividad se deduce del catálogo, tanto en cuanto a su dependencia espacial (prescindiendo de zonificación) como en relación con la magnitud (obviando la ley de Gutenberg-Richter). El catálogo es el del Instituto Geográfico Nacional, complementado con otros en zonas periféricas, homogeneizado en su cuantificación de los terremotos y eliminando eventos espacial o temporalmente interrelacionados para mantener un modelo temporal de Poisson. La tasa de actividad sísmica viene determinada por la función kernel, el ancho de banda y los períodos efectivos. La tasa resultante se compara con la obtenida usando estadísticas de Gutenberg-Richter y una metodología zonificada. Se han empleado tres leyes de atenuación: una para terremotos profundos y dos para terremotos superficiales, dependiendo de que su magnitud fuera superior o inferior a 5. Los resultados se presentan en forma de mapas de peligrosidad para diversas frecuencias espectrales y períodos de retorno de 475 y 2475 años, lo que permite construir espectros de peligrosidad uniforme.

Nuevo estudio de peligrosidad sísmica en Navarra

Se presenta un nuevo estudio de peligrosidad sísmica de Navarra siguiendo el método de cálculo probabilista zonificado, con un árbol lógico para cuantificar la incertidumbre epistemológica inherente a los modelos de atenuación y a las zonificaciones sísmicas. El estudio parte de la revisión y contraste de los catálogos sísmicos disponibles. A partir de ellos se configura un catálogo de proyecto, homogeneizado a magnitud momento Mw y depurado de réplicas y premonitores. Además se realiza un estudio de las zonificaciones que contienen la región y se desarrolla una nueva zonificación específica para el proyecto, atendiendo a criterios sismológicos y geológicos. Por último, se seleccionan los modelos de atenuación más idóneos para la región Pirenaica. Los cálculos se realizan sobre emplazamiento en roca. Los resultados se presentan mediante mapas de peligrosidad en la provincia de Navarra y espectros de peligrosidad uniforme en varias poblaciones para periodo de retorno de 475 años. Estos resultados se comparan finalmente con los provistos por la Norma NCSE-02 y con los de otros estudios existentes

Caracterización de la acción sísmica enfocada a estudios de riesgo sísmico a escala urbana. Aplicaciones en Almería y Alhama de Granada.

Una de las principales diferencias entre estudios de riesgo símico a escalas regional y urbana se refiere a la caracterización de la acción sísmica. En los estudios regionales, se impone el método probabilista, en el que habitualmente el resultado se expresa por medio de mapas de aceleración esperada para un periodo de retorno dado y espectros de peligrosidad uniforme. Sin embargo, en los estudios urbanos se requiere un mayor grado de detalle, tanto en la definición de las fuentes sismogenéticas como en la caracterización del movimiento esperado, sobre el que inciden de manera fundamental posibles efectos de resonancia con el suelo en el emplazamiento y/o con las estructuras asentadas en el mismo. En este trabajo se presentan diversas propuestas de caracterización de la acción sísmica en entornos urbanos. Para su aplicación práctica, se usarán datos de dos localidades concretas: Almería, donde se usará un escenario sísmico compatible con el sismo de control de la peligrosidad en rangos de aceleración esperados para un periodo de retorno de 475 años y en Alhama de Granada, donde el movimiento sísmico corresponde al que generaría un terremoto similar al de Andalucía de 1884, con fuente en la falla de Zafarraya.

Evaluación de la peligrosidad sísmica en España para aplicaciones relacionadas con la seguridad nuclear. Resultados preliminares.

En este trabajo se presentan los avances realizados en el marco del proyecto “Evaluación de la Peligrosidad Sísmica en España para aplicaciones relacionadas con la seguridad nuclear” financiado por el Consejo de Seguridad Nuclear. La finalidad última del proyecto es ahondar en el conocimiento de la peligrosidad sísmica y de su incertidumbre en los emplazamientos de instalaciones críticas como instalaciones nucleares y almacenamientos de residuos radiactivos en nuestro país. Con ese propósito, una primera fase del proyecto está destinada a recopilar y estructurar toda la información generada en proyectos previos financiados por el CSN (DAÑOS, SIGMA, PRIOR, EXPEL y DATACIÓN) concerniente a estudio de fallas activas, análisis de paleosismicidad, catálogos sísmicos y de movimiento fuerte del suelo, etc.. Esta información está siendo integrada y unificada en una Base de Datos y en un Sistema de Información Geográfica. Paralelamente, el código informático desarrollado en el proyecto EXPEL está siendo actualizado para desarrollar cálculos de peligrosidad sísmica siguiendo la metodología PSHA de una forma eficiente, incluyendo formulación de un árbol lógico, cuantificación de incertidumbres epistémicas y aleatorias, análisis de sensibilidad de diferentes opciones en los resultados y desagregación. Los resultados preliminares del proyecto son presentados en esta comunicación, dando una orientación hacia futuros desarrollos y toma de decisiones relacionados con la seguridad nuclear.

Peligrosidad Sísmica en la Península Ibérica

Se estudia la peligrosidad sísmica en la Península Ibérica con una metodología no paramétrica basada en estimadores de densidad kernel; la tasa de actividad se deduce del catálogo, tanto en cuanto a su dependencia espacial (prescindiendo de zonificación) como en relación con la magnitud (obviando la ley de Gutenberg-Richter). El catálogo es el del Instituto Geográfico Nacional, complementado con otros en zonas periféricas, homogeneizado en su cuantificación de los terremotos y eliminando eventos espacial o temporalmente interrelacionados para mantener un modelo temporal de Poisson. La tasa de actividad sísmica viene determinada por la función kernel, el ancho de banda y los períodos efectivos. La tasa resultante se compara con la obtenida usando estadísticas de Gutenberg-Richter y una metodología zonificada. Se han empleado tres leyes de atenuación: una para terremotos profundos y dos para terremotos superficiales, dependiendo de que su magnitud fuera superior o inferior a 5. Los resultados se presentan en forma de mapas de peligrosidad para diversas frecuencias espectrales y períodos de retorno de 475 y 2475 años, lo que permite construir espectros de peligrosidad uniforme

Amplificación sísmica: una aproximación por Elementos Finitos

En las páginas que siguen se presenta el estudio de uno de los más típicos problemas de dinámica estructural, cual es la obtención de la respuesta de una estructura excitada por un movimiento de la base. Este es un caso muy frecuente en ingeniería sísmica, donde el objeto del estudio puede ser el edificio (sometido a un movimiento en la cimentación) o un estrato de terreno sobre fondo rígido. Al objeto de facilitar un soporte intuitivo a la exposicióri, ésta se organiza en base al segundo de los casos citados (estrate en base rígida). La aproximación escogida, elementos finitos, pone de relieve una vez más la potencia y generalidad del método en lo que respecta a la formulación del sistema de equilibrio. La discusión se centra en un aspecto concreto del método: la elección de funciones de forma.

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

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.

El método de la rótula plástica dinámica en la respuesta sísmica de estructuras

Puesto que para determinar las demandas de ductilidad en puentes es aconsejable un método no lineal paso a paso y que un proceso de reacondicionamiento sísmico global raramente justifica estos altos costos, se propone un nuevo método simplificado que recoge las ventajas de los métodos no lineales con unos tiempos de resolución y requisitos de memoria similares a los modales-espectrales. Así, en este capítulo se muestra el método, su implementación en ordenador, sus ventajas, inconvenientes y rango de validez, y finalmente se proponen nuevas mejoras o variantes. De los resultados expuestos, al menos para la tipología de estructura analizada, se puede concluir que: 1)El método de la Rótula Plástica proporciona historias de desplazamientos, giros y energías bastantes buenos si se tiene en cuenta que se está en el campo de la Ingeniería Sísmica y que todas las características, propiedades, excitaciones, etc, contienen errores o incertidumbres grandes. 2) Gracias a ellos se puede conocer qué elementos necesitan medidas de reacondicionamiento y cuales no es necesario modificar. 3) Es un método eminentemente conservador, sobre todo en energías absorbidas y cluctiliclacles en los elementos con mayores demandas. 4) Permite obtener un mecanismo de degradación que proporcione una visión general del comportamiento del puente, muy útil en el caso de reaconclicionamiento sísmico.

Nueva propuesta de zonificación sísmica en América Central y análisis de sensibilidad en los resultados de amenaza.

En el presente proyecto se propone una nueva zonificación sísmica para América Central, a partir de la cual se ha realizado el cálculo de peligrosidad sísmica a nivel regional. Dicha zonificación y el posterior cálculo de peligrosidad desarrollado se presentan como actualización de los resultados del estudio previo desarrollado para la región (Benito et al., 2012), realizando asimismo la comparación entre los resultados de ambos estudios. En primer lugar se ha realizado la revisión de la zonificación existente, modificando la geometría de algunas zonas en base al conocimiento generado en los últimos años sobre todo en lo que se refiere a la geometría de la subducción,que varía de ángulo a lo largo de la trinchera Mesoamericana. Ello conlleva, a su vez, cambios en la sismicidad asignada a las zonas corticales y de subducción interfase. Los cambios y ajustes entre zonas se realizaron contando con el consenso de diferentes expertos en la materia y en colaboración con el Dr. Guillermo Alvarado, vulcanólogo del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), que desarrolló una estancia en Madrid, para trabajar con el Grupo de Investigación de Ingeniería Sísmica de la UPM (GIIS) en noviembre de 2014. Para la propuesta de nueva zonificación, se ha partido del catálogo sísmico depurado hasta 2011, completo y homogeneizado a magnitud momento, Mw. Dicho catálogo recoge una gran actividad sísmica y fue confeccionado dentro del proyecto RESIS II, en el cual participó el Grupo de Ingeniería Sísmica. Se ha seleccionado de dicho catálogo la sismicidad registrada en las nuevas zonas sismogenéticas propuestas y se han calculado los parámetros sísmicos de cada zona: la tasa acumulada de ocurrencia de terremotos, la magnitud máxima y el parámetro beta. Se ha considerado que la sismicidad se ajusta al modelo de recurrencia de Gutenberg-Richter, el cual establece una proporción constante entre el número de sismos grandes y pequeños para una determinada zona. Para la estimación de los parámetros sísmicos se ha utilizado el software Expel, desarrollado por el Grupo de Investigación de Ingeniería Sísmica de la UPM. Utilizando las zonas sismogenéticas propuestas y sus parámetros sísmicos,se ha calculado la amenaza sísmica en toda la región de Centroamérica, evaluada en cada punto como la probabilidad de que el movimiento del suelo exceda valores de aceleración prefijados, y obteniendo así la curva de peligrosidad en puntos de una malla cubriendo la región de estudio. Los cálculos han sido realizados empleando el software específico de peligrosidad sísmica CRISIS 2014. Los resultados se presentan en mapas de peligrosidad obtenidos para diferentes periodos de retorno en términos de aceleración pico (PGA), así como de otras aceleraciones espectrales SA (T) para diversos periodos estructurales T en el rango de 0,1 a 2 s. Para el diseño de los mapas se ha utilizado el software ArcGIS 10.1. Adicionalmente, se ha realizado un análisis de sensibilidad en los resultados ante diferentes propuestas de profundidad de la zonificación interfase,estudiando así el impacto de dichos cambios en los parámetros sísmicos de las zonas y en los resultados del cálculo de la peligrosidad. Finalmente, se han comparado los resultados obtenidos en este trabajo (tanto los parámetros sísmicos de la nueva zonificación como las aceleraciones resultantes del estudio de peligrosidad) con los resultados pertenecientes al estudio recogido en el libro Amenaza Sísmica en América Central de Benito et al.(2010), y en la posterior publicación de Benito et al. (2012), analizando así las principales diferencias entre ambos.