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La estimación de daño luego de un sismo importante o de eventos simulados, es una herramienta útil para evaluar el impacto del los sismos en términos, por ejemplo, de pérdidas económicas directas, número de personas que podrían verse afectadas (fatalidades, heridos y damnificados) y estimación de volumen de escombros. Además, esta información, puede ser utilizada por la autoridades relacionadas con la atención de emergencias por sismo para visualizar un escenario de daño que ayude a la toma de decisiones en la respuesta, deciciones como por ejemplo la necesidad de realizar inspecciones de seguridad sobre las estructuras.

En el campo de la ingeniería sismorresistente, las curvas de fragilidad son una herramienta que permite obtener probabilidades de exceder un estado de daño específico de acuerdo con un parámetro de demanda de ingenieril. Este parámetro de demanda puede ser el valor de aceleración máxima del terreno, el desplazamiento espectral o la pseudoaceleración (PSA) a un período de análisis específico.

Las curvas de fragilidad son la herramineta empleada por el Sistema de Estimación Rápida de Impacto por Sismo (SERIS), propuesto por la Unidad de Puentes del LananmmeUCR, para realizar la prognosis de daño en estructuras de puentes. Las curvas de fragilidad tienen la forma la presentada en la figura siguiente. El eje vertical es la Probabilidad de Daño (para distintos estado de daño) y el eje horizontal muestra el valor de PSA para T =1 segundo.

 

Cada estructura posse una caracteristica de fragilidad propia que la describe en función de sus caracteristicas geométricas, tipo de materiales, conectividad entre los elementos, estado de concervación y tipos de suelo. Tomando en cuenta esto, cada puente de la Red Vial Nacional posee una curva de fragilidad que lo caracteriza. Luego de un sismo fuerte, se pueden utilizar los datos de acelerogramas para calcular el espectro de respuesta de cada sitio donde hay un equipo y mediante una interpolación de los valores máximos para un período de 1.0 s (T=1.0s) generar un mapa de intensidad para Costa Rica. Con este mapa, como el mostrado en la siguiente figura que correspondiente al del terremoto de Nicoya del 05 de setiembre del 2012 con Mw 7.6, y las curvas de fragilidad, se pueden encontrar las probabilidades especificas para cada estado de daño.

 

 

 

Para el caso particular del mapa para el sismo del 05 de setiembre del 2012 de Mw 7.6, a pesar de que el sismo tuvo su epicentro en el Océano Pacífico frente a las costas de Sámara en Nicoya, el valor de PSA más grande a los 1.0 s de período se presentó en San Ramón de Alajuela. Esto es un ejemplo de que no necesariamente la mayor intensidad espectral, al periodo requerido, se encuentra en la vecindad del epicentro. Otros aspectos como el tipo de suelo y las características de la ruptura afectan el valor de intensidad. Con base en estos mapas, se calcula para cada uno de los puentes de la Red Vial Nacional el valor de PSA que pudo haber experimentado.

Haciendo uso de las curvas de fragilidad calibradas para cuatro estados de daño, para un único valor de PSA se obtienen cuatro valores de probabilidad de daño. Por ejemplo, si el valor de PSA es 0.35 (en la primera figura), esto implica que la probabilidad de daño nulo es 0.27, la de daño leve es 0.38, la de daño moderado es 0.14, la de daño severo es 0.15 y la de daño completo es 0.06. Se tiene un histograma como el siguiente,

De la figura anterior, se observa que el valor más alto del histograma corresponde al daño LEVE, pero el segundo valor más importante es también el NULO y luego las probabilidades de daño l MODERADO y SEVERO son casi iguales. Desde el punto de vista de una población de estructuras, se podría concluir entonces que 27 no experimentaran ningun daño para esa intensidad, 38 tendrán daño leve, 14 daño moderado, 15 daño severo y 6 probablemente colapsarán. Desde la óptica de la evaluación de una estructura individual, es útil visualizar los resultados de las curvas de fragilidad en términos de un único VALOR ESTIMADO de daño (VE), que corresponde a la esperanza matemática según la siguiente expresión:

VE = (NULO)*0.0 + (LEVE)*1.0 + (MODERADO)*2.0 + (SEVERO)*3.0 + (COMPLETO)*4.0

El VE se toma como el DAÑO ESTIMADO y su distribución por punto de puente para terremoto del 2012se muestra en el siguiente mapa. La estimación de los valores de VE en tiempo real para los sismos forma parte del protocolo de inspección post-sismo de estructuras de puentes propuesto por la Unidad de Puentes del LanammeUCR.