APLICACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA PARA LA DIAGNOSIS DE LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LAS EDIFICACIONES DEL DISTRITO DE ATE- VITARTE

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1 APLICACIÓN DE SISTEMAS DE INFORMACION GEOGRAFICA PARA LA DIAGNOSIS DE LA VULNERABILIDAD SISMICA DE LAS EDIFICACIONES DEL DISTRITO DE ATE- VITARTE Por: Ing. Kelly Reque Córdova 1 Ing. José Francisco Ríos Vara 2 (1) Investigador Asociado, CISMID-FIC-UNI (2) Profesor Asociado, FIC-UNI Jefe Departamento de Planeamiento, CISMID-FIC-UNI 1. RESUMEN El distrito de Ate se encuentra ubicado al Este de la ciudad de Lima, y es sin duda uno de los más antiguos distritos de la ciudad capital. Ate forma parte de la cuenca del Río RIMAC. Se utilizaron 2 metodologías, las mismas que fueron empleadas para evaluar la vulnerabilidad sísmica de edificaciones con el fin de determinar cuál de ellas era la que mejor se acoplaba a las características de la zona, a la información disponible, a los recursos destinados para el proyecto, y a los objetivos iniciales. Se decidió aplicar las dos metodologías de una forma comparativa, obteniéndose resultados similares. A continuación se presentan los tipos de metodologías aplicados: - Tipos de Comportamiento de las Edificaciones Según el Grado Esperado. - Método del Índice de Vulnerabilidad de Benedetti-Petrini aplicada en Italia, modificada y aplicada en Colombia. El reto del proyecto y lo novedoso de la metodología desarrollada es demostrar cómo se puede trabajar con SIG (Sistemas de Información Geográfica) en zonas geográficas con mucha o poca disponibilidad de información. El trabajo desarrollado se centra en el estudio de las edificaciones del distrito de Ate- Vitarte y la aplicación de sistemas de información geográfica Arcview 3.2, como herramienta para la determinación de su nivel de Vulnerabilidad Sísmica. Para alcanzar los objetivos propuestos se tuvieron que salvar muchos obstáculos en la etapa de recopilación de datos; debido a la falta de información precisa (a veces inexistente) en cada uno de los aspectos tratados. 2. METODOLOGÍA Se realizaron visitas de campo para complementar la información inicial obtenida en la Oficina de Catastro Municipal y para aclarar dudas que surgían en el desarrollo del estudio. Para escoger adecuadamente una metodología cualitativa de estudio de vulnerabilidad sísmica que pudiera ser aplicada en el distrito en estudio, se analizaron las ventajas y desventajas de cada una de 1

2 las metodologías cualitativas propuestas. Se tomaron como parámetros básicos: el tipo de información necesaria vs. disponible para desarrollarla; la facilidad para ser aplicada en un distrito donde las tipologías estructurales son variadas; la oportunidad que daba las experiencias en otras ciudades como en Cali, Colombia, donde la metodología haya sido utilizada. 2.1 METODO DEL INDICE DE VULNERABILIDAD (ADAPTACION) Para adaptar el método del índice de vulnerabilidad aplicado en Cali, Colombia y particularmente aplicarlo en este estudio, se plantearon tres preguntas especificas: 1. los 11 parámetros planteados por el método del índice de vulnerabilidad son suficiente para evaluar la vulnerabilidad sísmica de las viviendas del distrito de Ate- Vitarte? 2. El coeficiente de peso W i que tiene cada uno del os 11 parámetros del método del índice de vulnerabilidad refleja realmente la importancia de cada uno de los parámetros dentro del sistema resistente de las viviendas de 1 y 2 pisos.? 3. Las instrucciones que presenta el método del índice de vulnerabilidad para asignar una de las clases A, B, C, D de cada parámetro necesitan adaptarse o se pueden dejar igual que en el método original? Para nuestro caso : A = Vulnerabilidad Baja. B = Vulnerabilidad Media a Baja. C = Vulnerabilidad Media a Alta D = Vulnerabilidad Alta. A cada parámetro se le atribuye, durante las investigaciones de campo, una de las cuatro clases A, B, C, D siguiendo una serie de instrucciones detalladas con el propósito de minimizar las diferencias de apreciación entre los observadores. A cada una de estas clases le corresponde un valor numérico Ki que varía entre 0 y 45, como se observa en el cuadro N º 1.1. Así, por ejemplo, si el parámetro número cuatro "posición del edificio y de la fundación" corresponde a una configuración insegura desde el punto de vista sísmico, se le asigna la clase D y el valor numérico K4 = 45. Por otra parte, cada parámetro es afectado por un coeficiente de peso Wi, que varía entre 0.25 y 1.5. Este coeficiente refleja la importancia de cada uno de los parámetros dentro del sistema resistente del edificio. De esta forma, el índice de vulnerabilidad VI se define por la siguiente expresión: 2

3 Ecuación 1.1: 11 VI = Κi Wi i = 1 Cuadro 1.1 PARAMETRO Clase K Peso A B C D Wi 1. Organización del sistema resistente Calidad del sistema resistente Resistencia convencional Poscion edificio y Cimentacion Diafragmas horizantales Configuracion en planta Configuracion en elevacion Distancia máaxima entre muros Tipo de Cobertura Elementos no estructurales Estado de conservacion El cálculo del índice de vulnerabilidad de cada una de las viviendas se efectuó utilizando la Ecuación 1.1, para lo cual se calificó la clase a la cual pertenecían dichas viviendas en cada uno de los 11 parámetros, con base en las consultas y con visitas de campo al exterior de las viviendas. 2.2 TIPO DE COMPORTAMIENTO DE LAS EDIFICACIONES SEGÚN EL GRADO ESPERADO. Para poder determinar el estado de vulnerabilidad de las edificaciones, es necesario clasificar los sistemas de construcción en determinado numero de categorías. Dicha resistencia define el comportamiento sísmico de una edificación, el cual depende de diversas características como el tipo del sistema estructural, los materiales de construcción, el tamaño del edificio, mano de obra, estado de conservación, etc. Teniendo en cuenta dichas investigaciones, Kuroiwa (1992), ha definido cuatro tipos de comportamiento de las edificaciones según el grado esperado de su resistencia sísmica, esta clasificación abarca los tipos de edificaciones más comunes que existen en Latinoamérica. TIPO 1 : CONSTRUCCIONES SISMICAMENTE MUY DEBILES. Construcciones de tierra, edificaciones de adobe, cuyas dimensiones son de 0.40x 0.60 x 0.12 m. En promedio, ubicado en la zona del casco urbano antiguo del distrito y alrededores, con techo ligero flexible, con cobertura de madera o caña cubierta con torta de barro, cimentación de piedra con barro, mal estado de conservación; sin ningún tipo de refuerzo estructural. y también se ha querido considerar en este clasificación a las viviendas que se encuentran ubicadas en los cerros ya que son edificaciones construidas con muros de esteras, cartones, etc. con techos de calamina o esteras con cartones, Etc 3

4 TIPO 2 : SÍSMICAMENTE DÉBILES. Edificaciones de albañilería construidas con ladrillo artesanalmente, unidas con arena cemento, y se observa la falta de elementos de confinamiento (Columnas, vigas) Columnas que comienzan en el segundo piso, sin vigas collar en algunos casos con techo ligero y flexible con coberturas de planchas onduladas de asbesto- cemento, también cañas cubiertas con torta de barro apoyadas sobre vigas de madera o cañas, con cimentación de concreto simple de regular a buen estado de conservación. Donde se puede observar la autoconstrucción de las mismas. TIPO 3: CONSTRUCCIONES LIVIANAS Edificaciones de albañilería con ladrillo, (0.14 x 0.24 x 0.10 m) fabricados artesanalmente de baja calidad, unidas con mortero arena- cemento, con columnas y vigas de amarre y techo rígido de concreto reforzado, aligerado con bloquetas huecas de concreto fabricados artesanalmente de baja calidad, autoconstruido sin haber tenido dirección técnica, de regular a buen estado de conservación. Construcciones Livianas, que tienen poco peso propio. Construcciones de albañilería, constituido por muros de albañilería de ladrillo, unidas con mortero arena-cemento, con columnas de confinamiento de concreto reforzado, vigas de amarre y techo rígido y pesado. TIPO 4: SÍSMICAMENTE RESISTENTES Construcciones con muros de albañilería de ladrillo o bloquetas de concreto o ladrillo de arcilla hechos en fabrica unidos con mortero de arena - cemento, con elementos de confinamiento, columnas, vigas de amarre y techo rígido de concreto reforzado. Esta clasificación permite identificar la edificación encuestada ubicándola en uno de los cuatro tipos, permitiendo luego obtener un resultado global del tipo de edificación en cada sector del distrito. Para nuestro caso: 3. RESULTADOS T1 = Vulnerabilidad Alta T2 = Vulnerabilidad Media a Alta T3 = Vulnerabilidad Media a Baja T4 = Vulnerabilidad Baja Para la evaluación del nivel de vulnerabilidad sísmica se aplicaron las dos metodologías al Sector 1 del distrito en forma comparativa, verificando los resultados y la calidad de información disponible se aplicaría una de estas metodologías a todo el Distrito. A continuación detallamos cada una de las aplicaciones: 4

5 3.1 APLICACIONES DE LAS METODOLOGÍAS EN EL SECTOR 1 DEL DISTRITO. El levantamiento de información referida hace referencia a una muestra de dos tipologías típicas del distrito, las de mampostería no reforzada y de mampostería reforzada. La muestra analizada ha permitido diseñar escenarios de daño razonablemente completos. Grafico 3.1. DISTRITO DE ATE VITARTE Sector Resultados de la Aplicación :Metodología del Índice de Vulnerabilidad Cuadro PARAMETRO Clase K Peso EJEMPLO A B C D Wi 1. Organización del sistema resistente Calidad del sistema resistente Resistencia convencional Poscion edificio y Cimentacion Diafragmas horizantales Configuracion en planta Configuracion en elevacion Distancia máaxima entre muros Tipo de Cobertura Elementos no estructurales Estado de conservacion TOTAL = 115 Encontrándose este sector en el rango de la vulnerabilidad Media y Baja. Asignándole la clase B. Cuadro VULNERABILIDAD V A= VULNERABILIDAD BAJA B= VULNERABILIDAD DE MEDIA A BAJA Gerencia XIV CONIC: ICG Instituto de la Construcción y Gerencia Calle Nueve 1056 Urb. Corpac San C= Isidro, VULNERABILIDAD LIMA PERU / (51 1) DE MEDIA / A ALTA / icg@icg.org.pe D= VULNERABILIDAD ALTA 2 5

6 TOTAL DE VIVIENDAS % MUESTRA 210 MATERIAL CANT. VIV. % PAREDES Ladrillo 80% Adobe 5% Otros 15% TECHOS Riguido 70% Esteras de Caña Calamina Asbesto Cemento ELEMENTOS Con Refuerzo 30% 80% Sin Refuerzo 20% VIGAS COLLAR Con viga 80% Sin viga 20% Nº PISOS 1 Piso 30 2 a 3 Pisos 70 ANTIGÜEDAD ESTADO DE CONSERVACION Bueno 45% Regular 55% Malo 0% Resultados de la Aplicación :Tipo de Comportamiento Según el Grado Esperado Encontrándose este sector en el rango de la vulnerabilidad Baja VULNERABILIDAD SECTOR 1 S VULN. ALTA 0% VULN. MEDIA A ALTA 15-20% VULN. MEDIA A BAJA 20-30% VULN BAJA 30-50% Un 30 % de este sector está conformado por zona industrial, predominan las edificaciones de albañilería confinada, presentan calles y veredas amplias y bien conservadas, las construcciones no son tan antiguas y se puede observar que la mayoría de las viviendas son de dos a tres pisos, con techo rígido con un estado de conservación entre bueno y regular. 6

7 De los resultados obtenidos de la aplicación de las dos metodogias podemos observar, que hay diferencias de resultados obteniéndose con la primera Metodología Vulnerabilidad de Media a Baja y con la segunda Metodología Vulnerabilidad Baja. Para la primera metodología, del Índice de Vulnerabilidad se han asumido en algunos casos densidades de Muros para el análisis de sus parámetros, no encontrándose información referida a la estructuración de las viviendas. Siendo este parámetro importante para en análisis de la metodología, se ha considerado trabajar con la metodología: Tipo de Comportamiento Según el Grado Esperado, siendo la que más se adaptaba a nuestros tipos de edificación. 3.2 RESULTADOS FINALES Para la clasificación de proyección de daños Sísmicamente Muy Débiles y Débiles se han tomado en cuenta ciertos parámetros referente a la estructuración de las edificaciones como; edificaciones de adobe con techo flexible y ligero con coberturas de madera o caña con torta de barro de regular a mal estado de conservación sin ningún tipo de refuerzo estructural. Gráfico 3.2 Proyección de Daños Sismicamente Muy Débiles Gráfico 3.3 Proyección de Daños Sismicamente Débiles Gerencia XIV CONIC: ICG Instituto de la Construcción y Gerencia 7

8 Y la clasificación de proyección de daños Sísmicamente Semi-Resistentes y Resistentes se han tomado en cuenta edificaciones de albañilería de ladrillo hecho en fabrica unido con mortero de arena cemento, con columnas, vigas de amarre y techo rígido de concreto reforzado. Gráfico 3.4 Proyección de Daños Sismicamente Semi -Resistentes Gráfico 3.5 Proyección de Daños Sismicamente Resistentes Gerencia XIV CONIC: ICG Instituto de la Construcción y Gerencia 8

9 Gráfica N º 5.7 VULNERABILIDAD DE LOS SECTORES 4. ANALISIS EN LA ELABORACION DEL PROGRAMA Para facilitar el proceso se trabajó con el mapa base de CAD que luego una serie de mapas serían creados a partir de la información obtenida en la base de datos en un Sistema de Información Geográfica. Se desarrolló una aplicación de base de datos simple, con plantillas sencillas de captura de datos, que ayudó al control de calidad durante el proceso de entrada. Una vez los datos fueron incorporados al sistema, se realizaron rutinas para asegurar el control de calidad de datos respecto a los elementos geográficos existentes en el mapa base digital, usando el Sistema Geográfico de Información (GIS), ArcView3.2, la información generada por los gráficos 3.2,3.3,3.4 y 3.5 y los cuadros son procesados en el sistema, produciendo como resultado una diagnosis de la vulnerabilidad del distrito. 5.CONCLUSIONES El distrito de Ate - Vitarte tiene una población de 145,504 habitantes en una zona relativamente pequeña, por eso se concluye que a mayor densidad poblacional, mayor será la necesidad de viviendas y esto conlleva a la autoconstrucción por la misma población, y a la mala utilización de los materiales. La Importancia del estudio estuvo dirigido a las edificaciones cuyo uso principal es residencial, las de otro uso, consideradas como edificaciones esenciales, como aquellas que tiene un potencial de pérdidas grandes y requieren de un estudio individual y detallado, lo que 9

10 hace que no se les incluya en un estudio de este alcance; no se debe de ignorar que constituyen un riesgo latente por lo que deben de ser evaluados en posteriores estudios. Los resultados obtenidos hacen referencia a una muestra de dos tipologías típicas del distrito, las de mampostería no reforzada y de mampostería reforzada. La muestra analizada ha permitido diseñar escenarios de daño razonablemente completos. El método del índice de vulnerabilidad es adecuado para implementarlo en grandes ciudades(aplicación a nivel urbano), solo en el caso que se disponga de la información mínima necesaria para evaluar la calidad sismorresistente. Del plano V-1 (Clasificación de la Vulnerabilidad Sísmica ) se concluye que el 3% de las viviendas presentan una Vulnerabilidad Alta, el 47% Vulnerabilidad de Media a Alta, el 37% Vulnerabilidad de Media a Baja y el 13% una Vulnerabilidad Baja. SECTOR VULNERABILIDAD SECTOR 01 Vulner abilidad Baja SECTOR 02 Vulnerabilidad Media y Baja SECTOR 03 Vulnerabilidad Media y Alta SECTOR 04 Vulnerabilidad Alta SECTOR 05 Vulnerabilidad Media y Baja Mapa de Vulnerabilidad sísmica del distrito de Ate Vitarte La vulnerabilidad de las edificaciones del distrito a nivel general se encuentran entre Moderada y Alta debido a la falta de aplicación de normas sísmicas, a la edad de las edificaciones y a la mala utilización de los materiales, esto se debe a la moderada peligrosidad de Lima El proceso de hacer mapas con GIS es mucho más flexible que las tradicionales aproximaciones cartográficas, manuales o automáticas. Comienza con la creación de bases de datos cartográfica basada en el GIS. La habilidad para desplegar el resultado de las consultas 10

11 en forma geográfica es una gran ventaja por si misma, pero un GIS ofrece algo mucho más importante, la capacidad única de efectuar análisis espacial, permitiendo efectuar y responder a preguntas que están más allá del alcance de las bases de datos tradicionales 5. RECOMENDACIONES Se recomienda desarrollar funciones de vulnerabilidad para las restantes tipologías existentes en el distrito. Para estudios cuantitativos se recomienda aplicar metodologías más avanzadas de análisis que involucren el riesgo sísmico de edificaciones. Estas metodologías deben de incorporar parámetros básicos de la acción sísmica más adaptados al estudio del comportamiento dinámico de estructuras, como por ejemplo la aceleración del suelo, los desplazamientos, aceleraciones y velocidades espectrales, o los desplazamientos permanentes, dependiendo del tipo de estructura o infraestructura. En aquellas zonas que presentan un alto nivel de vulnerabilidad, se recomienda que sean evaluadas con métodos cuantitativos, por instituciones con equipamiento y laboratorios especializados, para que las analicen y brinden vulnerabilidad. 5. REFERENCIAS propuestas que permitan reducir la Las principales recomendaciones referentes a la herramienta informática que se utilizó hace referencia a los datos. Por lo tanto recomendamos estar atentos a la evolución de los sistemas de Información Geográfica e incorporar las mejoras del software y equipos que permitan tratamiento más amigable de la información y su exportación para ser utilizadas en otros entornos. Pero lo que realmente permite este tipo de estudios es la creación y mantenimiento de bases de datos completas y fiables. Chavarria Daniel y Gómez Daniel. Estudio Piloto de Vulnerabilidad en Viviendas de 1 y 2 pisos del Barrio Cuarto de Legua en el Cono Cañaveralejo Colombia. Tesis Doctoral Lazares Fernando, "Vulnerabilidad Sísmica de las Edificaciones de Moquegua y Tacna". Tesis de Grado. Universidad Nacional de Ingeniería. Reque Córdova Kelly, Vulnerabilidad Sísmica del Distrito de Ate Vitarte, Zonificación automatizada en Base a Sistemas de Información Geográfica,. Tesis de Grado. UNSLG de Ica, Perú, 2003 Norma de Diseño Sismorresistente E Segunda Edición, Lima Perú,

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