4. Vulnerability.pdf - CAPRA
4. Vulnerability.pdf - CAPRA
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<strong>Vulnerability</strong> Assessment<br />
Basic Concepts<br />
1
Risk Assessment:<br />
Estimating Losses<br />
Hazard<br />
Exposed<br />
assets<br />
<strong>Vulnerability</strong><br />
Damage<br />
Losses<br />
Economic Human<br />
Applications<br />
Application 1<br />
Application 1<br />
Application 1<br />
Application 1
<strong>Vulnerability</strong> Assessment<br />
Seismic <strong>Vulnerability</strong><br />
3
UNCERTAINTIES IN THE LOSS ASSESSMENT PROCESS<br />
Hazard When<br />
Structural<br />
vulnerability<br />
What magnitude?<br />
Where<br />
How waves propagate<br />
What intensities will be generated in the ground?<br />
How local site effects amplify the motion?<br />
How the structure responds to the shaking?<br />
Which are the material’s capacities?<br />
How is the construction quality<br />
How is the building damaged?<br />
How are the contents damaged?
Structural vulnerability<br />
Ground motion<br />
Damage cost
Structural vulnerability<br />
Tipification of the existent<br />
structures<br />
Assignement of damage<br />
behaviour models<br />
Relate the expected<br />
damage and a uncertainty<br />
measure with the seismic<br />
parameter that dominates<br />
the response for an specifict<br />
structural tipology
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
Admmit probabilistic representation
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
The damage’s probability distribution is calculated as a<br />
function of the seismic intensity and the structural system.<br />
That is the loss, which is assigned a Beta distribution<br />
E(β |γ i )<br />
γ i<br />
E(<br />
β | γ )<br />
i<br />
=<br />
⎡ ⎛ γ ⎞ i<br />
1-<br />
exp⎢ln0.5<br />
⎜<br />
⎟<br />
⎢⎣<br />
⎝ γ 0 ⎠<br />
ε<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎥⎦
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
• Damage variance<br />
Variation of the variance (ATC-13,1985)<br />
( ) ( ) E(<br />
β | γ )<br />
r −1<br />
1−<br />
E(<br />
β | γ )<br />
s 1<br />
σ<br />
2<br />
( β | γ ) = Q<br />
−<br />
β i<br />
i<br />
i<br />
With parameters<br />
Q<br />
=<br />
V<br />
max<br />
D<br />
r −1<br />
0 0<br />
r −1<br />
s = − r + 2<br />
D<br />
0<br />
( ) 1−<br />
D<br />
s −1<br />
D o. Damage level for the<br />
maximum variance<br />
V max. Maximum variance
Structural vulnerability components<br />
Material<br />
Age<br />
Geometry<br />
Structuration<br />
Special conditions
Materials<br />
REINFORCED CONCRETE STEEL<br />
STRUCTURAL MASONRY WOOD
Age
Geometry<br />
Irregularities
Geometry<br />
Irregularities
Structuration
Energy dissipation capacity<br />
SPECIAL DISSIPATION(DES)<br />
MODERATE DISSIPATION (DMO)<br />
MINIMUM DISSIPATION (DMI)
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Non- technified
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Earthen structures
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Adobe and Earthen structures
Structural systems<br />
Masonry
Structural systems<br />
Confined masonry
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Reinforced masonry
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Wooden structures
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Constructive types<br />
Reinforced concrete frames
Structural systems<br />
Reinforced concrete walls
Structural systems<br />
Steel frames
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Rigid Fragile materials<br />
Flexible<br />
Bearing walls<br />
Sensitive to peak ground acceleration<br />
Ductile capacity materials<br />
Frames or dual systems<br />
Sensitive to interstory drift
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Rigid
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Rigid
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Rigid<br />
Retrofitting effect
<strong>Vulnerability</strong> assessment<br />
• Acceleration sensitive structures<br />
Analtytical procedures
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Rigid<br />
<strong>Vulnerability</strong><br />
functions<br />
Daño Esperado [%]<br />
100%<br />
90%<br />
80%<br />
70%<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
0%<br />
Tipo 1 - ADOBE<br />
Tipo 2 - BAHAREQUE<br />
Tipo 3A - MS - RÍGIDO<br />
Tipo 3B - MS - FLEXIBLE<br />
Tipo 3C - 2 PISOS MS<br />
Tipo 4 - MC+MS<br />
Tipo 13 - BODEGA MS<br />
Tipo 17 - ESTERILLA<br />
Tipo 18 - IGLESIA<br />
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000<br />
Aceleración del Terreno [cm/s²]
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
Retrofitting<br />
effect
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
Retrofitting<br />
and isolation<br />
effects
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
Pounding
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
Recent research has shown that interstory<br />
distortion (γ) is highly correlated to structural<br />
damage.
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
Interstory drift:<br />
Is defined as the<br />
subtraction of two<br />
consecutive stories<br />
displacement divided by<br />
the story’s height
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
γ is stimated with a simple<br />
flexion-shear model<br />
H<br />
Flexure beam<br />
Shear beam<br />
Axially rigid<br />
connectors<br />
Z
Earthquake vulnerability (Capacity curve)<br />
Force VS Displacement Damage states<br />
GA EI<br />
Cortante Basal<br />
Vu<br />
Vp<br />
Vy<br />
Vd<br />
∆d ∆y<br />
∆p<br />
Desplazamiento<br />
http://www.eng.dicam.unibo.it<br />
∆u<br />
Curva idealizada<br />
Curva real
Earthquake vulnerability (Capacity spectrum)<br />
Equations to express the capacity curve in terms of Sa-Sd<br />
(ATC-40, 1996)<br />
V M<br />
Sa =<br />
α1<br />
Sd<br />
=<br />
∆ ⋅α<br />
2<br />
Aceleración espectral (Sa)<br />
Sau<br />
Sap<br />
Say<br />
Sad<br />
α<br />
1<br />
2 = α<br />
( ∑ miφi<br />
)<br />
∑ miφi<br />
= 2<br />
Sdy<br />
Sdd<br />
1<br />
FPM<br />
Sdp<br />
2<br />
FPM<br />
Desplazamiento espectral (Sd)<br />
∑<br />
∑<br />
miφi<br />
= 2<br />
m φ<br />
i<br />
i<br />
Sdu<br />
Curva idealizada<br />
Curva real
Earthquake vulnerability<br />
Equations to express the capacity curve in terms of Sa-Sd<br />
(ATC-40, 1996)<br />
γ<br />
i<br />
β 1<br />
β 2<br />
β 3<br />
β 4<br />
=<br />
ρ<br />
2<br />
β1β<br />
2β<br />
3β<br />
⎛<br />
4 η<br />
⎞<br />
⎜ N ⎟<br />
⎝ ⎠<br />
4 π<br />
2<br />
Nh<br />
S<br />
a<br />
( ηN<br />
Maximum lateral displacement at<br />
the top level vs. Spectral<br />
displacement.<br />
Maximum interstory drift vs. Global<br />
structure distortion.<br />
Maximum lateral non-lineal<br />
displacement vs. Maximum lineal<br />
displacement.<br />
β 2 lineal vs. Non-lineal<br />
η, ρ Parameters to calculate natural<br />
vibration period<br />
ρ<br />
)
SEISMIC PERFORMANCE FOR DIFFERENT<br />
STRUCTURAL TYPES<br />
Flexible<br />
<strong>Vulnerability</strong><br />
functions<br />
Daño Esperado [%]<br />
100%<br />
90%<br />
80%<br />
70%<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
0%<br />
0.00% 0.20% 0.40% 0.60% 0.80% 1.00% 1.20% 1.40% 1.60% 1.80% 2.00%<br />
Distorsión Máxima de Entrepiso [%]<br />
Tipo 5 - MMC Tipo 5 MMC - DENSO<br />
Tipo 6 - MCONF Tipo 7 - MREF<br />
Tipo 8 - RETCEL Tipo 9 - PCR DÉBIL + MM<br />
Tipo 10 - PCR FUERTE + MM Tipo 11 - PCR+MCR<br />
Tipo 12 - MCR Tipo 14 - BODEGA M<br />
Tipo 15 - BODEGA + MM Tipo 19 - PA
<strong>Vulnerability</strong> Assessment<br />
Flooding <strong>Vulnerability</strong><br />
45
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
Water depth
Flooding vulnerability<br />
General expresssion for the flooding level<br />
δ =<br />
δ<br />
δ N1max<br />
(<br />
~<br />
1 t δ N<br />
)<br />
N1max<br />
⋅<br />
N t )<br />
~<br />
(<br />
( − )<br />
st<br />
~<br />
= − N ⋅(<br />
st −1)<br />
N h t t<br />
N =<br />
Ent<br />
(<br />
)<br />
N<br />
T<br />
1 + δ N1<br />
Maximum damage level for the<br />
maximum water depth<br />
Damage for a relative depth<br />
over the completly flooded<br />
levels<br />
Relative depth on the flooded levels<br />
h N Story height<br />
N T Number of stories<br />
st SUP hN<br />
Water surface level, defined as the superior<br />
integer value of the indicated relationship<br />
t<br />
• Assessment methodology
Daño [%]<br />
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
100%<br />
90%<br />
80%<br />
70%<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
0%<br />
Water depth<br />
0 2 4 6 8 10<br />
Profundidad [m]<br />
Pórticos de concreto (5pisos) Mampostería reforzada (2pisos)<br />
Daño [%]<br />
100%<br />
90%<br />
80%<br />
70%<br />
60%<br />
50%<br />
40%<br />
30%<br />
20%<br />
10%<br />
0%<br />
-200 0 200 400 600<br />
Altura de agua [cm]<br />
Estructura<br />
Unifamiliar 1 piso<br />
Estructura<br />
Unifamiliar >2 piso<br />
Contenidos<br />
Unifamiliar 1 piso<br />
Contenidos<br />
Unifamiliar >2 piso
<strong>Vulnerability</strong> Assessment<br />
<strong>Vulnerability</strong> Assignment<br />
49
<strong>Vulnerability</strong><br />
Tipologies<br />
• Zonation by structural systems and typologies<br />
Cod. Descripción<br />
MR1L Mamposteria Reforzada Diafragma flexible (madera, acero o prefab.) – Bajos<br />
MR1M Mamposteria Reforzada Diafragma flexible (madera, acero o prefab.) - Medios<br />
MR2L Mamposteria Reforzada Diafragma "rigido" (en concreto prefabricado con plaqueta superior o fundido en sitio) - Bajos<br />
MR2M<br />
Mamposteria Reforzada Diafragma "rigido" (en concreto prefabricado con plaqueta superior o fundido en sitio) -<br />
Medios<br />
MR2H Mamposteria Reforzada Diafragma "rigido" (en concreto prefabricado con plaqueta superior o fundido en sitio) - Altos<br />
W1 Madera Porticos Livianos<br />
W2 Madera Comercial-Industrial<br />
S1L Porticos acero resistentes a momento - Bajos<br />
S1M Porticos acero resistentes a momento - Medios<br />
S1H Porticos acero resistentes a momento - Altos<br />
S2L Porticos acero arriostrados - Bajos<br />
S2M Porticos acero arriostrados - Medios<br />
S2H Porticos acero arriostrados - Altos<br />
S3 Porticos acero livianos<br />
S4L Porticos de acero con muros mamposteria simple - Bajos<br />
S4M Porticos de acero con muros mamposteria simple - Medios<br />
S4H Porticos de acero con muros mamposteria simple - Altos<br />
C1L Porticos concreto resistentes a momentos - Acabados flexibles - Bajos<br />
C1M Porticos concreto resistentes a momentos - Acabados flexibles - Medios<br />
C1H Porticos concreto resistentes a momentos - Acabados flexibles - Altos<br />
C2L Porticos concreto + Muros de cortante - Bajos<br />
C2M Porticos concreto + Muros de cortante - Medios<br />
C2H Porticos concreto + Muros de cortante - Altos<br />
CP1 Concreto prefabricado - Tilt-up<br />
CP2L Concreto prefabricado en porticos con muros estructurales de concreto - Bajos<br />
CP2M Concreto prefabricado en porticos con muros estructurales de concreto - Medios<br />
CP2H Concreto prefabricado en porticos con muros estructurales de concreto - Altos
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Zonation by structural systems and typologies<br />
Cities zonations for vulnerability<br />
assignment<br />
• General city zonation by satellite images or aerial<br />
photographs<br />
• Information gathering<br />
• Field trips<br />
• Homogeneous zones definition<br />
• Definition and characterisation of structural typologies<br />
• <strong>Vulnerability</strong> classification according to homogeneous zones
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Field verification formats<br />
ERN<br />
CARACTERISTICAS GENERALES<br />
Rango de No de pisos: 1-2<br />
Pórticos resistentes a momento Concreto reforzado<br />
Dim. En planta (Aprox)(m): 7 X 14 Pórticos y muros X Mamposteria<br />
Edad Aproximada (Años): 0-25 X Muros estructurales Acero<br />
Diafragma de entrepiso<br />
Rigido X Flexible Sin Dia<br />
Cimentacion deficiente X Baja calidad en materiales Asentamientos<br />
Irregularidad en altura<br />
Columna corta<br />
Evaluación de Riesgos Naturales<br />
- América Latina -<br />
Consultores en Riesgos y Desastres<br />
FOTOGRAFIA ESQUEM AS GENERALES<br />
SISTEMA DE RESISTENCIA SISMICA MATERIAL ESTRUCTURA PRINCIPAL<br />
Baja calidad en morteros de pega<br />
Amarre de cubierta deficiente<br />
FORMATO: IT- VI-012<br />
FECHA : 16/11/2009<br />
PROYECTO <strong>CAPRA</strong> VERSION : 1.0<br />
FORMATO CARACTERIZACION DE TIPOS CONSTRUCTIVOS CLIENTE : BM<br />
MAMPOSTERIA SIMPLE - FLEXIBLE, CUBIERTA LIGERA, FACHADA<br />
FRAGIL SIN DILATAR, BAJOS - 1<br />
CODIGO: MS-FLSB-1<br />
País: Honduras Elaboró: OEF<br />
Ciudad: Tegucigalpa Revisó: SFA<br />
Alt. tipica de entrepiso: 2.20 m Pórticos arriostrados Concreto prefabricado<br />
No tiene. Madera<br />
Otro: Otro:<br />
DEFECTOS ESTRUCTURALES DEFECTOS CONSTRUCTIVOS DAÑOS<br />
Irregularidad en planta Mamposteria sin trabe Fisuras en columnas<br />
Golpeteo<br />
Fisuras en vigas<br />
Muros esbeltos y sin amarre Fisuras en muros<br />
Deflexiones excesivas<br />
X Otro Ninguno Otro X Otro Ninguno<br />
ERN<br />
Diafragma de Cubierta<br />
X<br />
Rigido X Flexible Sin Dia<br />
Luz entre apoyos de Cubierta aprox. 4-5<br />
° Inclinacion 15 # de aguas<br />
1 Otro: Otro:<br />
Muros en Bloque dilatados Concreto X<br />
X Muros en Bloque sin dilatar X Mamposteria<br />
X<br />
Cubierta en buen estado<br />
Cubierta en regular estado<br />
Cubierta en mal estado<br />
Prefabricados<br />
Flotantes<br />
Otro:<br />
Concreto<br />
Placa de concreto<br />
Vigas de concreto<br />
Vigas metalicas<br />
X Vigas de madera<br />
X Teja Zinc<br />
Cerchas metalicas<br />
Cerchas de madera<br />
CARACTERISTICAS DE FACHADA MATERIALES DE FACHADA<br />
ACABADO DE PISO (DOMINANTE)<br />
Madera<br />
Tableta<br />
Tapete<br />
Tierra<br />
Otro:<br />
Evaluación de Riesgos Naturales<br />
- América Latina -<br />
Consultores en Riesgos y Desastres<br />
País: Honduras Elaboró: OEF<br />
Ciudad: Tegucigalpa Revisó: SFA<br />
CARACTERISTICAS CUBIERTA SOPORTE DE CUBIERTA<br />
Acero<br />
Vidrio<br />
Adobe o tierra<br />
Madera<br />
Otro:<br />
OBSERVACIONES<br />
X<br />
MATERIAL DE CUBIERTA<br />
Placa de concreto<br />
Teja de Barro<br />
Teja Asbesto Cemento<br />
Madera<br />
Paja o palma<br />
MUROS DIVISORIOS<br />
Muros en Mamposteria<br />
Muros en Madera<br />
Muros Prefabricado en concreto<br />
Muros en Dry Wall (Similares)<br />
Divisiones livianas<br />
Muros en Adobe o tierra<br />
Otro:<br />
FORMATO: IT- VI-012<br />
FECHA : 16/11/2009<br />
PROYECTO <strong>CAPRA</strong> VERSION : 1.0<br />
FORMATO CARACTERIZACION DE TIPOS CONSTRUCTIVOS CLIENTE : BM<br />
MAMPOSTERIA SIMPLE - FLEXIBLE, CUBIERTA LIGERA, FACHADA<br />
FRAGIL SIN DILATAR, BAJOS - 1<br />
CODIGO: MS-FLSB-1<br />
CALIFICACION GENERAL<br />
Edificaciones en buen estado<br />
Edificaciones en regular estado<br />
Edificaciones en mal estado
Constructive types<br />
distribution<br />
Muros<br />
1 and 2 story masonry<br />
houses<br />
Frame systems<br />
Reinforced masonry systems<br />
Dual systems
<strong>Vulnerability</strong><br />
• Zonation by structural systems and typologies<br />
Homogeneous zones by constructive types<br />
ZONA 1 - RESIDENCIAL ALTA<br />
ZONA 2 - RESIDENCIAL MEDIA<br />
ZONA 3 - RESIDENCIAL BAJA<br />
ZONA 4 - COMERCIAL ALTA<br />
ZONA 5 - COMERCIAL MEDIA<br />
ZONA 6 - COMERCIAL BAJA<br />
ZONA 7 - INDUSTRIAL ALTA<br />
ZONA 8 - INDUSTRIAL MEDIA<br />
ZONA 9 - INDUSTRIAL BAJA<br />
ZONA 10 - INSTITUCIONAL ALTA<br />
ZONA 11 - INSTITUCIONAL MEDIA<br />
ZONA 12 - INSTITUCIONAL BAJA
EXAMPLE<br />
2%<br />
14%<br />
22%<br />
18%<br />
18%<br />
1%<br />
4%<br />
6%<br />
14%<br />
1%<br />
0%<br />
TOTAL CIUDAD<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
26%<br />
2%<br />
4%<br />
20%<br />
45%<br />
3%<br />
ZONA 9<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
26%<br />
35%<br />
34%<br />
1%<br />
4%<br />
ZONA 10<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
100%<br />
ZONA 8<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
3%<br />
29%<br />
24%<br />
39%<br />
1%<br />
4%<br />
ZONA 3<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
30%<br />
1%<br />
4%<br />
14%<br />
50%<br />
1%<br />
ZONA 2<br />
PCR-RCSM-5<br />
PCR-RCSB-2<br />
MS-SLSB-1<br />
MC-RLSB-2<br />
MR-RLSB-2<br />
B-SPFB-1<br />
A-SLSB-1<br />
MC-SLSB-1<br />
W-SLFB-1<br />
R-SLFB-1<br />
OTROS<br />
<strong>Vulnerability</strong>
<strong>Vulnerability</strong> Assessment<br />
<strong>Vulnerability</strong> Module<br />
56
Software<br />
• ERN-Vulnerabilidad
Online platform<br />
• <strong>Vulnerability</strong> functions database<br />
http://capra.no-ip.org/<strong>CAPRA</strong>VulExplorer/
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
File content (Physical and human vulnerability values)
<strong>Vulnerability</strong> functions<br />
File content (Physical and human vulnerability values)
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