Estimación de daños producidos por viento en edificaciones industriales

Abstract

Due to its geographic location, Puerto Rico is constantly threatened by natural hazards, especially those related to hurricanes and tropical storms. According to historical information, the industrial metal buildings have been significantly affected during high winds. As a result, great economic losses occurred due to damage to the constructions and closing of the industrial facilities. Currently the Insurance Industry of Puerto Rico does not have tools to assess probable losses on its industrial buildings inventory. A simplified methodology, based on fragility curves, is proposed in this research, taking into account exposure conditions and both design and construction practices in the region. According to post disaster information, four critical components were considered in this type of buildings: Metal roof system, metal wall system, openings, and column-foundation connection system. Full scale testing was carried out to evaluate the fatigue performance of screwed connections in metal panels, based on a recently proposed dynamic load protocol (SIDGERS-5). Several prototypes were tested, varying between typical configurations found in the field and a retrofitted configuration. Analytical models were used to obtain the capacities of the openings and the column-foundation connection systems. The component fragility curves were developed by random sampling of the system variables in a simulation engine. Several wind scenarios were considered. The total fragilities for conventional systems, non-conventional systems and retrofitted systems were calculated by using an algorithm that combines the damage of each one of the critical components. Taking into account the total fragilities, a sensitivity analysis was performed to evaluate the performance of several configurations of metal buildings. Finally, design recommendations are presented in order to reduce damages in future events.

Por su localización geográfica, Puerto Rico se encuentra bajo la amenaza constante de desastres naturales, especialmente por el paso de huracanes y tormentas tropicales. De acuerdo con información histórica, las edificaciones industriales metálicas han resultado bastante afectadas durante estos eventos y con pérdidas económicas considerables debido al cierre de los establecimientos. Actualmente la industria aseguradora de Puerto Rico no cuenta con herramientas para la evaluación de pérdidas probables en su inventario de edificaciones industriales. En esta investigación se propuso una metodología de estimación de daño simplificada, basada en curvas de fragilidad, teniendo en cuenta las condiciones de exposición y las prácticas constructivas y de diseño locales. Se consideraron cuatro componentes vulnerables en este tipo de edificaciones, de acuerdo con información post desastre: Sistemas de cubierta y fachada en lámina metálica, aberturas en fachadas y el sistema de conexión columna-fundación. Mediante la realización de pruebas de laboratorio a escala real y basándose en un protocolo de cargas recientemente desarrollado (SIDGERS-5), se evaluó el comportamiento debido a fatiga de las conexiones atornilladas usadas en sistemas de cubierta y fachada en lámina metálica. Se evaluaron varios prototipos, teniendo en cuenta las características constructivas identificadas en la región y sistemas con una alternativa de mejoramiento. Las capacidades de los sistemas de aberturas y de la conexión columna-fundación se obtuvieron mediante una formulación analítica. Se desarrollaron curvas de fragilidad por componente vulnerable mediante simulación aleatoria de las variables que controlan el comportamiento de los sistemas bajo estudio y considerando diferentes escenarios de viento. Las fragilidades totales de sistemas convencionales, no convencionales y mejorados, se calcularon por medio de un algoritmo que combina los daños de cada componente vulnerable. Teniendo en cuenta las fragilidades obtenidas, se realizó un análisis de sensibilidad en el cual se evaluaron los desempeños de diferentes tipos de edificaciones industriales. Finalmente se presentan las respectivas recomendaciones de diseño, que están orientadas a reducir daños en eventos futuros.