Categoría: terremotos

Diseño óptimo de depósitos de agua elevados de hormigón armado bajo cargas sísmicas

Acaban de publicarnos un artículo en Applied Sciences, revista indexada en el JCR. Se trata de la optimización heurística de un depósito elevado de agua de hormigón armado bajo acciones sísmicas.  El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Este artículo trata del diseño sísmico de las columnas de 35 depósitos elevados de almacenamiento de agua de hormigón armado. Los depósitos constan de un tronco cónico superior, una columna de sección cuadrada hueca variable y una cimentación superficial sobre una capa de arena. Las cinco alturas de columna consideradas son 20, 25, 30, 35 y 40 m. Los cinco depósitos se someten a siete grados de carga sísmica caracterizados por la aceleración pico del suelo de referencia en el Eurocódigo 8. Los depósitos elevados se diseñan según las prescripciones completas del Eurocódigo 2, el Eurocódigo 8 y el Código Estructural español. Esto incluye las cargas variables por sismicidad, viento, nieve, etc., junto con la acción del peso propio y las cargas muertas. El método de diseño de optimización considerado es una variante del algoritmo del solterón, un método de aceptación de umbral adaptativo con un movimiento de vecindad basado en el operador de mutación de los algoritmos genéticos. Los resultados de las columnas muestran la alta no linealidad del problema, pues las fuerzas sísmicas horizontales dependen de la rigidez y la altura de las columnas. Las principales características de los depósitos optimizados dan una orientación para el diseño práctico de este tipo de depósitos de agua elevados de hormigón armado.

El artículo se puede descargar, pues está en abierto, en la siguiente dirección: https://www.mdpi.com/2076-3417/12/11/5635

Abstract:

This paper deals with the seismic column design of 35 elevated RC water storage tanks. Tanks comprise a top conic trunk reservoir, a column with variable hollow square cross-sections, and a shallow foundation on a sand layer. The five-column heights considered are 20, 25, 30, 35, and 40 m. The five tanks are subjected to seven degrees of seismic loading characterized by the reference peak ground acceleration in Eurocode 8. The elevated tanks are designed against the full prescriptions of Eurocode 2, Eurocode 8, and the Spaniard Structural Code of Practice. This includes variable loads for seismicity, wind, snow, etc., together with the action of self-weight and dead loads. The optimization design method considered is a variant of the old bachelor algorithm, an adaptive threshold acceptance method with a neighborhood move based on the mutation operator from genetic algorithms. Column results show the high nonlinearity of the problem since the horizontal seismic forces depend on the rigidity and height of the columns. The main features of the optimized tanks give guidance for the practical design of this kind of elevated RC water tank.

Keywords:

Concrete structures; economic optimization; elevated water tanks; old bachelor algorithm; seismic loading; structural design

Reference:

MARTÍNEZ-MARTÍN, F.J.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; ALCALÁ, J. (2022). Optimization design of RC elevated water tanks under seismic loads. Applied Sciences, 12(11):5635. DOI:10.3390/app12115635

Os paso a continuación el artículo para que podáis consultarlo.

Descargar (PDF, 5.88MB)

 

Alcoy, ciudad de terremotos. A unos días del 400 aniversario de una de las mayores tragedias vividas.

Figura 1. Sismo del 3 de noviembre de 2020, con epicentro en Relleu

Hoy mismo nos hemos despertado con la noticia de un terremoto de magnitud 3,6 en la escala de Richter y epicentro en Relleu que se ha dejado notar en todo el norte de la provincia de Alicante, según el departamento de Sismología del Instituto Geográfico Nacional (Figura 1). Tuvo lugar a las 5:25 de la madrugada, durando aproximadamente los temblores cinco segundos. Han habido varias réplicas. Los temblores se han sentido en Alcoy y otros pueblos cercanos con movimiento de lámparas y camas, aunque sin daños personales o materiales de los que se tenga constancia. Este movimiento es el tercero percibido en la provincia de Alicante en poco más de 24 horas, tras los dos con epicentro en aguas del Mediterráneo, frente a Torrevieja (magnitud 2,6 en la escala Ritcher el domingo y 2,5 el del lunes).

Si observamos el mapa de sismicidad de la Península Ibérica y de las zonas próximas, comprobamos que el sur-sureste se encuentra en zona de alto riesgo (Figura 2). Nos encontramos en el borde entre la placa tectónica euroasiática y la africana, que se encuentran en colisión.

Figura 2. Sismicidad de la península ibérica y zonas próximas. http://www.ign.es/web/resources/sismologia/www/dir_images_terremotos/mapas_sismicidad/sismicidad.jpg

De hecho, el Instituto Geográfico Nacional recoge alguno de los episodios más graves habidos (Tabla 1), destacando con mucho el ocurrido el 1 de noviembre de 1755 al SW del Cabo San Vicente, que produjo un tsunami de casi 15 m de altura, con efecto a Europa occidental y norte de África. Fue de intensidad X, magnitud 8,5 y produjo unos 15000 muertos.

Tabla 1. Terremotos más importantes. https://www.ign.es/web/ign/portal/terremotos-importantes

Para aclarar algo más este tema, hay que distinguir entre la magnitud y la intensidad de un sismo. La magnitud mide la energía liberada, mientras la intensidad es una descripción cualitativa de los efectos, que ocurren en superficie. Si bien la magnitud se ha medido con las fórmulas originales de la escala Richter, hoy en día se hacen nuevos análisis de la magnitud basado en las ondas sísmicas. Os dejo a continuación la Figura 3, donde aparecen los terremotos más grandes acaecidos, con su magnitud y energía descargada equivalente.

Figura 3. Lista de terremotos de mayor magnitud. https://ecoexploratorio.org/amenazas-naturales/terremotos/magnitud-intensidad-y-aceleracion/#prettyPhoto/4/

¿Cuál es la razón del titular de este artículo? En primer lugar, por ser Alcoy mi pueblo natal. Pero, sobre todo, porque la memoria colectiva es muy corta. Quiero hacer referencia a algunos episodios que ocurrieron y que provocaron una verdadera calamidad no hace tampoco tanto tiempo.

El primer terremoto al que quiero referirme en Alcoy, tuvo lugar el 2 de diciembre de 1620, con una intensidad de VII-VIII, y unos días después, el 14 de diciembre, otro con una intensidad de V. El 26 de septiembre de 1793, el 2 de noviembre de 1819, el 8 de noviembre de 1882 y el 21 de enero de 1931 ocurrieron terremotos de intensidad V. Como vemos, terremotos de intensidad V o superior están bien documentados.

De todos los terremotos ocurridos en Alcoy, el del 1620 fue especialmente grave. Tanto fue así que los alcoyanos nombraron a San Mauro como patrono del pueblo. Las crónicas, recogidas en el Archivo Municipal de Alcoy, fueron escritas por Alonso García Molero, que la dedicó al corregidor de la ciudad de Granada, donde fue impreso en 1621.

¡Qué casualidad que quede menos de un mes del 400 aniversario de esta tragedia! Según cuenta en cronista Carbonell: “Poco después de las oraciones del Ave María, se sintió un terremoto tan estupendo que hoy referirse no puede ser, sin liquidarse el corazón por los ojos, pues es el mayor que ha visto el mundo después que murió Cristo Redentor nuestro”. Para medir la importancia de aquel terremoto, se pueden ver los daños que ocasionó a la arquitectura religiosa: se partió la Iglesia Parroquial por la mitad; el Convento de San Agustín fue arrasado en un instante (arcos de sillería destrozados, tres torres derrumbadas, el coro desplomado sobre tres religiosos…); el Monasterio de San Francisco se abrió como una granada, muriendo siete mujeres y un niño; víctimas por toda la ciudad, destacando las 22 de la Calle del Portal… Como en otras ocasiones, el desastre natural ocurrió de noche. Cuentan que las casas chocaban unas con otras al desplomarse; la gente salía de ellas con los niños en brazos y los ancianos al cuello; algunos con la mujer desmayada; los más rodaban por el suelo y los gritos de los sepultados y los bramidos de los irracionales, que no pudieron salir de los establos, se escuchaban por toda la ciudad.

Todo lo anterior nos lleva al “leit motiv” del presente artículo. Al igual que otras tragedias como riadas o inundaciones, los sismos son acontecimientos que ocurren y que requieren de una planificación previa y de estrategias técnicas que reduzcan los efectos de este tipo de acontecimientos. La teoría del “cisne negro” parece más actual que nunca.