Históricamente los sismos han causado colapsos y daños severos en edificaciones, pérdidas de vidas y económicas asociadas a trabajos de reconstrucción y a las pérdidas de funcionalidad y como consecuencia de estas, su impacto en las comunidades. Por esta razón considerando que el objetivo global de la resiliencia sísmica es el bienestar de las comunidades afectadas por sismos, minimizando las pérdidas y los tiempos recuperación de la funcionalidad de sus infraestructura es necesario desarrollar métodos y herramientas que permitan simular escenarios de daño en edificios existentes sujetos a demandas sísmicas y predecir, con fines de diseño, las consecuencias económicas y sociales que podrían presentarse ante este tipo de eventos en nuevas construcciones. En ambos casos conociendo los posibles mecanismos técnicos, sociales y económicos involucrados en el caso de estructuras existentes y necesarios en el caso de nuevas estructuras para recuperar de la mejor manera posible la capacidad de funcionamiento después de un temblor. En este proyecto se tiene como premisa que para lograr lo anterior es importante entender primero cuál ha sido la resiliencia de instalaciones individuales existentes afectadas por sismo y después, con base en esta información, mejorar la resiliencia de estructuras en nuevas.
En esta propuesta se tiene como objetivo el desarrollo y validación de los conceptos y de un método de evaluación y diseño sísmico de edificios basado en conceptos que caracterizan a la resiliencia estructural controlando los desplazamientos y el daño consecuente inducidos por temblor. Este proyecto consta de dos partes, en la parte referente a evaluación sísmica la metodología ha desarrollarse en este proyecto se fundamentará en aspectos de desempeño estructural y resiliencia validándose con ejemplos edificios individuales con características típicas de los edificios que fueron afectados en los sismos del 19 de septiembre de 1985 y 2017 en la CDMX,e.g., edificios de baja a mediana altura, de concreto reforzado incluyendo o no muros de relleno de mampostería. La principal aportación de la metodología ha desarrollarse será la obtención del valor esperado de: (1) costos y tiempos de reparación de elementos individuales y edificios como un todo, (2) tiempo total de recuperación, (3) pérdidas económicas indirectas generadas por la pérdida de funcionalidad de los edificios durante la etapa de rehabilitación, (4) pérdida de funcionalidad en función del área no usable, (5) número de personas lesionadas/fallecidas en función del daño que experimentan los componentes de una instalación. Asimismo, con base en tales estimaciones de pérdidas, se definirá: (6) una metodología para estimar la cantidad de recursos humanos necesarios para optimizar el costo y tiempo de reparación, y se derivarán (7) curvas de resiliencia global de edificios individuales. En la segunda parte del proyecto se desarrollará un nuevo método de diseño sísmico de edificios haciéndose uso de los conceptos y resultados de la parte inicial. En el desarrollo del método se tendrá como antecedentes los conceptos de diseño sísmico basado en desempeño previamente desarrollados por el responsable y resultados de la primera parte teniéndose como base el control de los desplazamientos locales y el daño correspondiente asociado al temblor definidos a partir de consideraciones económicas y tiempos óptimos de recuperación de funcionalidad.
Para lograr el objetivo de este se requiere que éste tenga una duración de tres años, divida en tres etapas. En cada etapa se contará con la participación del responsable técnico, de dos investigadores extranjeros reconocidos internacionalmente y un colaborador nacional de postdoctorado. Además, se contempla la colaboración de un estudiante de doctorado durante el primer año y la participación de dos estudiantes de maestría por año con potencial de continuar su doctorado a partir del segundo año en los temas de esta propuesta. Para divulgar el conocimiento científico generado por este proyecto se publicará un artículo en revista arbitrada por año, también se participará en al menos dos congresos internacionales y tres nacionales en temas de las ingenierías estructural y sísmica. Durante este proyecto se formarán dos estudiantes de maestría por año y tres estudiantes de doctorado, uno obteniendo el grado durante el primer año y dos avanzando su investigación doctoral durante los dos últimos años.
Motivados por los antecedentes anteriores, y considerando que la mayor parte de las edificaciones existentes en el país y en el resto del mundo no han sido diseñadas y construidas considerando criterios basados en resiliencia, en esta propuesta se propone el desarrollo e implantación de una metodología de evaluación de resiliencia sísmica y de diseño sísmico resiliente basado en desplazamientos y en técnicas de control de daño. Las características estructurales de los edificios en los que se centrará esta investigación es la que presentan la mayoría de los construidos tanto en la CDMX (mismos que mostraron mayor vulnerabilidad durante el sismo del 19 de septiembre de 2017), así como en otras regiones sísmicas dentro y fuera de México. La metodología que se desarrollará en esta investigación está pensada no solo para evaluar el daño estructural, no estructural y de contenidos, ante sismos de varias intensidades, incluyendo la de diseño, y mayores a ésta, sino también para predecir su interacción con los espacios internos vitales que permiten el funcionamiento adecuado de dichas instalaciones, y reducir su probabilidad de ocurrencia y/o tasa de excedencia anual. De igual forma, con esta metodología será posible estimar el valor medio de los costos directos e indirectos y del tiempo que se espera tarden en recuperarse dichos sistemas estructurales.
En general, se espera que la metodología a desarrollarse ayude a identificar estructuras existentes con poca capacidad resiliente ante eventos sísmicos y con ello tratar de definir medidas que mitiguen los efectos no deseados ante sismos futuros. Asimismo, con esta metodología se pretende obtener una perspectiva numérica que permita a los ingenieros tener un panorama de las probables consecuencias sociales que implica un determinado diseño estructural en función de una demanda sísmica, e.g., la de diseño o servicio. Por otro lado, las variables de decisión obtenidas con se pretende que la metodología de evaluación y diseño sísmico a desarrollarse sea en el beneficio y bienestar de las comunidades y de utilidad en el aseguramiento de las construcciones, algo que debiese ocurrir en zonas de alta peligrosidad sísmica, específicamente en la definición de la prima pura, compuesta no solamente por las pérdidas económicas directas, i.e., costos de reparación, sino también por las pérdidas económicas indirectas, asociadas a la interrupción de negocios durante el periodo de tiempo que deja de operar la instalación dañada.
El logro de los objetivos de esta investigación ayudará al entendimiento y aplicación de los conceptos de la filosofía de la resiliencia sísmica dentro del ámbito de la evaluación y diseño sísmico de las estructuras. Es evidente que reglamentos actuales como el de la CDMX indican qué objetivos se deben tener presentes en la evaluación y definición de diseños para que el desempeño obtenido sea el esperado, sin embargo, no indican cuales son las consecuencias de tales diseños ante demandas sísmicas potencialmente destructivas.
Es importante enfatizar que los resultados de este proyecto beneficiarán no solo a los investigadores, estudiantes y profesionales involucrados en el problema de evaluación y diseño sísmico, sino también, con los resultados de su aplicación, a usuarios de edificios, propietarios, gobiernos, compañías de seguros, quienes necesitan urgentemente información confiable sobre la resiliencia sísmica de la que disponen las estructuras existentes o que desearían debiesen las que están por construirse. Actividades y resultados de investigación como las descritos en esta propuesta, incrementarán no solo el acervo de conocimiento científico en el tema sino también serán de impacto directo en la preparación de reglamentos futuros para poder ofrecer a sus usuarios recomendaciones que garanticen construcciones cada vez más seguras y resilientes manteniendo un control sobre el costo de estas.
Los objetivos del proyecto de investigación propuesto son muy relevantes para México, ya que estos consideran la importancia que tiene para el país la infraestructura existente o la que vaya a construirse. Sus resultados se reflejarán en desarrollos tecnológicos y reglamentos de construcción que proporcionen información confiable sobre la vulnerabilidad de la infraestructura construida y la seguridad de la vaya a construirse ante eventos sísmicos intensos. Todo esto se reflejará en la protección, seguridad y bienestar de sus ciudadanos.