01 ponencia sismologia basica e ing sismoresistente de armando ugarte en uni 14 de marzo del 2011
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CRITERIOS BASICOS DE SISMOLOGIA Y DISENO
SISMO RESISTENTE Y DE
PREDIMENSIONAMIENTO EN EDIFICACIONES
VERTICALES.
.
Charla de proyecto arquiterctonico en UNI.
DR.ING ARMANDO UGARTE [email protected], [email protected]
14 DE MARZO DEL 2011.
Cual es la edad del
Planeta Tierra? 4 1/2 Billones de años. Esta edad
fue determinada por datación
radiométrica en donde se utilizó el
decaimiento de elementos que
contienen isótopos con rangos
elevados de vida media como el
Uranio y el Potasio-Argon.
TECTONICA DE PLACAS
1915
Alfred Wegener publicó su
teoría sobre la DERIVA
CONTINENTAL
El hipotetizó:
la existencia de un único
“super-continente”
Pangaea
~ 200 milliones de años Pangaea se rompió en pedazos
más pequeños y se desplazaron a sus posiciones actuales
DESARROLLO HISTÓRICO
TECTONICA DE PLACAS
PRUEBAS DE LA DERIVA CONTINENTAL
• GEOGRÁFICAS: Las líneas de costa de algunos continentes encajan perfectamente.
• CLIMÁTICAS: Existen restos de glaciares en Brasil o el Congo y yacimientos de hulla en Groenlandia.
• BIOLÓGICAS: A uno y otro lado del Atlántico viven animales terrestres idénticos que no saben nadar.
• PALEONTOLÓGICAS: Existen fósiles de animales y plantas iguales en las dos costas que bordean el océano Atlántico.
La tectónica de placas implica la formación,
movimiento lateral, interacción y destrucción de las
placas listoféricas. La mayor parte del calor interno de
la Tierra se revela a través de este proceso y muchas
de las grandes estructuras y fenómenos topográficos
de la Tierra se forman como consecuencia de ello.
TECTONICA DE PLACAS
650 Millones de Años 514 Millones de Años 458 Millones de Años 425 Millones de Años 390 Millones de Años 356 Millones de Años 306 Millones de Años 255 Millones de Años 237 Millones de Años 195 Millones de Años 152 Millones de Años 94 Millones de Años 69 Millones de Años 50 Millones de Años 14 Millones de Años 18 Mil Años HOY DIA
TECTONICA DE PLACAS
Tipos de convergencia a. Oceánica - Continental. Ejemplos: costa W de América del Sur.
b. Oceánica - Oceánica. Ejemplos: Marianas, Aleutianas, Tonga.
c. Continental - continental Ejemplos: Himalayas, Alpes,
Apalaches.
Los terremotos pueden definirse como movimientos
caóticos de la corteza terrestre debido a un choque, por
fricción entre fallas, producido a una cierta profundidad
bajo la superficie terrestre.
ONDAS SISMICAS
PLANO DE FALLA
ORIGEN DE TERREMOTO
EDIFICIOS
Hipocentro, zona
interior profunda,
donde se produce el
terremoto.
epicentro, área de la
superficie
perpendicular al
hipocentro, donde
repercuten con
mayor intensidad las
ondas sísmicas.
Introducción
Método
Marco
Sismotectónico
Datos de entrada
para el cálculo
catálogo
Zonificación
atenuación
Cálculo Amenaza
Resultados
Conclusiones
Marco sismotectónico
Introducción
Marco
Sismotectónico
Datos de entrada
catálogo
zonificación
Atenuación
Parámetros
Sísmicos
Amenaza
Resultados
Conclusiones
Zonificación regional
Introducción
Método
Marco
Sismotectónico
Datos de entrada
catálogo
zonificación
atenuación
Parámetros
Sísmicos
Amenaza
Resultados
Conclusiones
Zonificación con detalle nacional
•Zonas corticales- • sismicidad superficial, con h < 25 km
•Zonas de subducción interfase sismicidad intermedia, con 25 < h < 60 km
•Zonas de subducción intraplaca- •sismicidad profunda, con h > 60 km
Introducción
Marco
Sismotectónico
Datos de entrada
para el cálculo
Parámetros
Sísmicos
Amenaza
Resultados
Mapas
Espectros
Desagregación
Conclusiones
Mapas de amenaza PR= 500 años
PGA max =600 gal
Fractura de
Panamá
500 gal en cadena
volcánica
SA (0.2) max =1300 gal
Sur Guatemala
SA (1) max =300 gal
Zonas costeras
Introducción
Marco
Sismotectónico
Datos de entrada
para el cálculo
Parámetros
Sísmicos
Amenaza
Resultados
Mapas
curvas amenaza
Espectros
desagregación
Conclusiones
Curvas de Amenaza en las capitales
GUATEMALA
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal)
Pro
ba
bilid
ad
An
ua
l
Ex
ce
de
nc
ia
PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
SAN SALVADOR
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal)
Pro
bab
ilid
ad
An
ual
Exced
en
cia
PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
MANAGUA
1,E-05
1,E-04
1,E-03
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1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal2)
Pro
bab
ilid
ad
An
ual E
xced
en
cia PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
SAN JOSÉ
1,E-05
1,E-04
1,E-03
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1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal)
Pro
bab
ilid
ad
An
ual
Exced
en
cia
PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
TEGUCIGALPA
1,E-05
1,E-04
1,E-03
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1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal)
Pro
ba
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da
d A
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xc
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en
cia PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)PANAMÁ
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal)
Pro
bab
ilid
ad
An
ual E
xced
en
cia
PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
MANAGUA
1,E-05
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
10 100 1000 10000
Aceleración (gal2)
Pro
bab
ilid
ad
An
ual E
xced
en
cia PGA
SA(0.1s)
SA(0.2s)
SA(0.5s)
SA(1.0s)
SA(2.0s)
CONCEPTOS BASICOS SOBRE TSUNAMI O MAREMOTOS
Son fenomenos marinos, aunque poco frecuentes, espectaculares por la secuela de destruccion y perdida de vidas humanas que causan a lo larg0 de las costas.
Consisten en trenes de ondas de periodo largo que llegan a las costas a intervalos de 10 a 70 minutos (cuando son TELESUNAMIS, como el caso del reciente de Japon llegan a las 12 A 14 HORAS a las costas de America cuando se producen en Japon) y cuyas olas pueden alcanzar alturas de hasta 30 mts cuando se tienen aguas profundas cerca de las costas.
TSUNAMI: En Japones: TSU significa PUERTO y NAMI significa OLA.Por tanto, LITERALMENTE SIGNIFICA GRANDES OLAS EN EL PUERTO.
Incluso pueden darse alturas de olas mayores de 30 mts en litorales con contornos y batimetria desfavorables, como las bahias en forma de V o U, que concentran energia hidraulica en sus vertices.
En cambio en ALTA MAR LA ALTURA DE OLA es de apenas unos cm y la separacion entre Cresta y Cresta, llamada LONGITUD DE ONDA (que puede tener hasta unos 200km) pasa inadvertida por los navegantes.
CAUSAS DE GENERACION DE TSUNAMIS. Pueden ser generados por Sismos de origen
TECTONICO, por grandes erupciones de islas volcanicas o por derrumbes submarinos o superficiales.
La gran MAYORIA son generados por LEVANTAMIENTOS O HUNDIMIENTOS DE LOS FONDOS OCEANICOS CAUSADOS POR SISMOS DE ORIGEN TECTONICO.(Es el Caso del reciente terromoto en Japon del Viernes 11 de Marzo del 2011 y el de Nicaragua de 1992. )
Grandes extensiones del fondo oceanico que tienen forma eliptica alargada con el eje mayor coincidente con la direccion general del sistema de fallas, actuan como un GRAN EMBOLO LEVANTANDO GRANDES VOLUMENES DE AGUA.
La energia asi transmitida de la litosfera a la masa oceanica de agua, se irradia en todas direcciones, removiendo masas de aguas profundas.
Hay tsunamis de ORIGEN CERCANO, cuando se generan a decenas o hasta unos pocos centenares de km de las costas.
Hay tsunamis de ORIGEN LEJANO O TRANSOCEANICOS O TELETSUNAMIS, cuando se generan a miles de km de distancia o al otro lado de los oceanos.
Caracteristicas del Sismo Destructor del Viernes 11 de Marzo del 2011 en JAPON. Las placas tectónicas en esta parte del mundo son,
comprensiblemente, bastante conocidas: en Japón se produce aproximadamente el 20% de los terremotos de 6,0 grados o más de magnitud, y los sismógrafos registran algún tipo de movimiento telúrico en promedio cada cinco minutos.
Y Japon es parte del "Cinturón de fuego", la línea en la que se producen abundantes terremotos y erupciones volcánicas, que rodea virtualmente a todos los países de la cuenca del Pacífico.
En esta zona, las rocas que conforman el suelo del Océano Pacífico son jaladas hacia abajo, mientras Japón se mueve en dirección oeste, hacia Eurasia. Y aunque el epicentro del terremoto de este viernes se ubicó en pleno océano –a unos 130 kilómetros de la ciudad de Sendai-, el mismo también fue relativamente superficial: a 24 km del lecho oceánico.
Esto claramente produjo bastantes movimientos verticales en el lecho marino, lo que provocó el tsunami que en poco tiempo azotó las costas japonesas.
DATO CURIOSO DE SISMOS PREMONITORES:Estos empezaron el nueve de marzo con un temblor de 7,2 que se produjo a sólo 40 kilómetros del terremoto de l Viernes, y continuó con tres otros sismos de más de 6 grados el mismo día.
La escala que mide los terremotos no es una simple escala linear:
Cada grado de magnitud equivale a un aumento de 32 veces la energía liberada por el terremoto.
Es decir, el sismo de 8,9 de este viernes fue 250 veces más enérgico que cualquiera de los temblores del miércoles y aproximadamente 1.400 veces más fuerte que el terremoto de Kobe de 1995, de 6,8 grados.
MAPA DE PRONOSTICO DE NOAA DE TIEMPO DE LLEGADA DE OLAS DE TSUNAMI A COSTAS DEL PACIFICO DE AMERICA. Del Viernes 11 de Marzo del 2011 a eso de las 10 am hora de Nicaragua. ( FUE ACERTADO EL PRONOSTICO)
DANOS CON CIFRAS PRELIMINARES AL 13 DE MARZO DEL 201 Y COMENTARIOS PRELIMINARES. ( A 2 dias del sismo)
Mas de 35000 MDD en perdidas. El eje de la tierra se desplazo 10 cm.
Danos en infraestrcutura y sobre todo en 4 ciudades (SENDAI, FUKUSHIMA, KONYANG Y MIYAGI..
Segun datos oficiales hay un poco mas de 1000 muertos, pero hay cerca de 10000 desaparecidos. (ESTAN MUERTOS ?);
Hay estado de Emergencia Nuclear por fallo de suministro electrico que causa el sobrecalentamiento de Centrales Nucleares y provoca peligro de FUSION NUCLEAR.
Clausuradas 4 centrales nucleares.
El yen perdió valor frente a 13 de las 16 principales monedas del mundo, y el precio del barril de petróleo cayó a menos de US$99 en los mercados asiáticos, como reacción a una probable reducción en la demanda de crudo después de que tres de las cinco principales refinerías japonesas interrumpieran sus operaciones.
A pesar de los codigos y normativas estrictas y la preparacion de la poblacion, no se han podido evitar la destrucción causada por el terremoto de este viernes.
La catástrofe nos enseña que incluso uno de los países más prósperos del mundo sigue siendo vulnerable a las fuerzas de la naturaleza que son IMPREDECIBLES.
Figura Altura de las olas del maremoto de 1992,
(tomado de Satake et al. (1993))
En promedio la altura fue de 4 metros pero en varios lugares
alcanzó los 6 y 7 metros.
Las Olas más altas ocurrieron en El Transito, donde la ola
alcanzó casi 10 metros, aquí el saldo de muertos y heridos
fue muy alto.
En La Boquita y Las Salinas alcanzó las 7 metros y en
Marsella las 8 metros.
Es notable que las alturas de las olas varían mucho entre
lugares muy cercanos, p.ej. entre Marsella y San Juan del
Sur. Las causas de estos fenómenos son las condiciones
locales del perfil del mar y además efectos ondulatorias de
varios frentes de las olas que se pueden sobreponer o
aniquilar parcialmente.
La causa del maremoto de 1992 fue un
llamado terremoto lento), que tuvo la
magnitud enorme de 7.2 MS o 7.8 MW, eso
significa que la energía deliberada por este
sismo fue aproximadamente mil veces mayor
que la del terremoto que destruyó Managua,
en 1972. El sismo se sintió muy leve en la
costa del Pacífico y por eso la sacudida
sísmica no pudo servir como elemento de
alerta a la población.
GENERACION DEL TSUNAMI EN NICARAGUA EN 1992
Generación del tsunami
El terremoto causó un cambio en el fondo del mar. El
área en la zona epicentral pudo haberse elevado por
más de 0.5-2 metros en una área de 100 km de
longitud, (longitud de la falla que rompió) y 20 km de
ancho. Este proceso pudo haber dilatado 2 minutos y
generó un movimiento vertical de la columna de agua
del océano encima del área epicentral. En
continuación se formaron olas que se propagaron
hacia todas las direcciones. En la zona epicentral la
amplitud de las olas fue pequeña, pocos decímetros,
hacia la playa esta amplitud crece. La velocidad de
las olas de en aguas profundas (la trinchera del
Pacífico de Nicaragua tiene una profundidad de 4.500
m) es muy rápida pero alcanzando la costa la
velocidad se reduce, mientras la altura de la ola se
amplifica enormemente.
Parámetros de las olas
La amplitud crece por-que con bajas veloci-
dades la energía de la ola se concentra en un
área más reducida. Finalmente, en la costa las
olas se quiebran en la playa y causan inun-
dación y destrucción Cabe señalar que las olas del maremoto de 1992
viajaron por todo el Océano Pacífico y fueron
registrados (Murty et al, 1992).
(Nota: El terremoto tsunami generador ocurrió a la
01:15 ut, tiempo mundial del día 2 de septiembre, lo
que corresponde a 07:15 PM del 1º de septiembre,
hora local Nicaragua. La ola llegó a la costa del
Pacífico de Nicaragua a las 08:00 PM hora local (02:00
UT))
Otro detalle interesante es que el terremoto de 1992
fue, en cierta forma, pronosticado por sismólogos
estadounidenses y nicaragüenses, en 1981, en base a
los parámetros de la sismicidad en esta parte del
Océano Pacífico (ver Harlow et al, 1992).
PREGUNTAS: ??? ESTAMOS PREPARADOS EN NICARAGUA Y EN C.A
PARA RESPONDER A UN TSUNAMI CUYO ORIGEN SEA CERCANO?
TENEMOS UN SAT PARA RESPONDER A UN TSUNAMI DE ORIGEN CERCANO?
PARAMETROS Y FORMAS DE REPRESENTACION DEL
MOVIMIENTO EN INGENIERIA SISMICA
Para fines de diseño, la peligrosidad debe ser expresada en términos de
parámetros que definan las cargas sísmicas.
Generalmente se utiliza la PGA , por ser relativa a la fuerza de inercia
transmitida del suelo a la estructura . Medida del daño potencial.
Inconveniente: solo da información de la amplitud del movimiento
La propiedad del edificio que determina su respuesta es su
frecuencia natural wn
Si la frecuencia predominante del movimiento (wp) es similar a wn, el suelo y
el edificio vibran en resonancia y la deformación crece.
La duración de la sacudida también es crítica en la respuesta del
edificio.
Muy importante:
Conocer todo el espectro de la energía del movimiento ,
amplitudes y frecuencias
ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE COMPOSICIÓN DE FRECUENCIAS Y
RESPUESTA DE ESTRUCTURAS
La rigidez y flexibilidad del edificio (función de su altura) determina la
relación entre el movimiento de entrada y la respuesta de la estructura
Cuando el periodo del movimiento y el periodo del edificio son similares,
se produce amplificación por resonancia
Ante un terremoto:
El edificio vibra hacia delante y hacia
atrás, describiendo un ciclo completo
en el tiempo de su periodo natural
.
Cada edificio tiene un periodo natural en función de su altura.
Aproximación: cada piso añade 0.1 s a su periodo natural
10 plantas, Tn= 1s
ESPECTRO DE RESPUESTA
Respuesta máxima de osciladores de un grado de libertad ante un input
sísmico, representada en función de su frecuencia natural.
Interpretacion
El ER para un
movimiento del suelo
muestra cómo sería la
respuesta de edificios de
diferente frecuencia
natural.
INPUT
Historia
temporal
Respuesta de
osciladores
RESPUESTA EN DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACION
La respuesta puede representarse en términos de desplazamiento, SD (w),
velocidad, SV (w), o acceleración, SA (w) construcción de espectros de respuesta
asociados.
ALGUNAS CONSIDERACIONES SOBRE COMPOSICIÓN DE
FRECUENCIAS Y RESPUESTA DE ESTRUCTURAS
Aspectos críticos en la composición espectral del movimiento:
La frecuencia decrece con la distancia
Clase de suelo: los suelos blandos tienen baja ws amplifican las
bajas frecuencias del movimiento
bajas frecuencias en campo lejano y suelos blandos
altas frecuencias en campo próximo y roca
La respuesta del edificio está condicionada por:
w p frecuencia predominante del movimiento (en roca)
w s frecuencia natural del suelo
w n frecuencia natural del edificio
Mayor daño potencial w p = w s
= w n
movimiento
Distancia:
ESPECTROS TIPICOS DE RESPUESTA A DIFERENTES DISTANCIAS Y
SUELOS
El espectro de aceleración para cada frecuencia representa la respuesta del
edificio con esa frecuencia natural
Campo próximo y roca mayor daño a estructuras rígidas (bajas)
Campo lejano y suelos blandos mayor daño a estructuras flexibles (más altas)
SECUENCIA DE ACTUACIÓN
Las estructuras se construyen para resistir los movimientos de los sismos
esperados durante su tiempo de vida útil
Espectro de Diseño
Espectro de respuesta del
movimiento
SA (w)
Ace
lera
ción
esp
ectr
al
wFrecuencia
ESPECTROS DE RESPUESTA DE ACELERACIÓN
Fundamentos del Diseño Sismorresistente
El espectro de diseño de la estructura debe cubrir al
de respuesta del movimiento
Caracterización del movimiento
producido en el emplazamiento
Construcción de espectros
de respuesta: amplitudes y
frecuencias del movimiento
Diseño de la estructura con
espectro superior al del
movimiento esperado
Análisis de
peligrosidad
en la zona de
influencia
•Sismos
máximos
• Sismos esperados
para diferentes
probabilidades
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
DEFINICION DE ESCENARIOS DE PELIGROSIDAD
Es una tendencia actual Desagregar la contribución a la peligrosidad de diferentes
Escenarios sísmicos
Cada escenario es un conjunto de fuentes con similares características,
que producen movimientos similares en el emplazamiento.
El factor más crítico es la distancia
Cada escenario es caracterizado por medio de un evento de cierta
magnitud a cierta distancia, es decir un par (M,R) sismo de control
Desagregación de la peligrosidad
Búsqueda de los pares (M,D) que más contribuyan al “movimiento
objeto” obtenido en el análisis de peligrosidad para el periodo de
retorno dado.
Contribución de diferentes escenarios a la peligrosidad del emplazamiento
Tectónica de
Centro América
Escenarios:
Subducción
Cadena
volcánica
Fallas NA-
Caribe.
Tsunamis de
ORIGEN
CERCANO Y
LEJANO.
Ejemplo de zonas en C.A. con diferentes escenarios
sísmicos
Concentración de esfuerzos en planta
Es un conjunto de formas de edificios muy útil que permite distribuir grandes
áreas de planta proporcionando un alto porcentaje de habitaciones en el
perímetro, con acceso de aire y luz.
Longitud
Las plantas largas permiten que los efectos de torsión se manifiesten por los movimientos
distintos en el terreno.
El correctivo usual para el problema de longitud excesiva de edificios es la partición de la
estructura en bloques por medio de la inserción de juntas de dilatación sísmica, de tal manera
que cada uno de ellos pueda ser considerado como corto.
Torsión por muros excéntricos
El objetivo debe ser proveer a la estructura con la mayor simetría
posible de la rigidez con respecto a la masa.
La columna corta toma la mayor
carga, por ser la más rígida (ofrece
mayor restricción al
desplazamiento), en proporción
con la columna larga.
DIMENSIONES APROXIMADAS EN EDIFICIOS DE VIVIENDAS DE MAS DE 6 PISOS. (MODULO DE 4.20 X 4.20 MTS)
Elemento Tipo de Suelo Dimension Tipologia Observaciones
Zapata Aislada Duro 2,50 X 2..50X 0.70 MTS
MARCOS DE Concreto Reforzado
Columna ;Pirncipal
Duro 1.20 x 1.20x 3.50
MARCOS DE Concreto Reforzado
Losas de entrepiso
Duro B x L x 0.70 mts.
MARCOS DE Concreto Reforzado.
Vigas Asismicas
Duro o.80 x 0.60 x 4.20 MTS
MARCOS DE Concreto Reforzado.
Vigas Intermedias y de cierre
Duro 0.40 x 0.60 x 4.20
MARCOS DE Concreto Reforzado
DIMENSIONES APROXIMADAS EN EDIFICACIONES DE ACERO Y MADERA.
Elemento Tipo de Suelo Dimension Tipologia Observaciones
Zapata Aislada Duro MARCOS DE ACERO
Columna ;Pirncipal
Duro MARCOS DE ACERO
Losas de entrepiso
Duro
Vigas Asismicas
Duro
Vigas Intermedias y de cierre
Duro
DIMENSIONES APROXIMADAS EN EDIFICACIONES DE MADERA
Elemento Tipo de Suelo Dimension Tipologia Observaciones
Zapata Aislada Duro MARCOS DE MADERA.
Columna ;Pirncipal
Duro MARCOS DE MADERA.
Losas de entrepiso
Duro
Vigas Asismicas
Duro
Vigas Intermedias y de cierre
Duro
Calculo de la respuesta del edificio
La respuesta del edificio está determinada por la intercepción del espectro de
demanda y la curva de capacidad del edificio. La intercepciones están ilustrada en la
figura siguiente:
Curvas de fragilidad de las edificaciones
Las curvas de fragilidad de las edificaciones son funciones logarítmicas normales que
describen la probabilidad de alcanzar o exceder estados de daño estructural o no
estructural, dados por estimados medios de la respuesta espectral, por ejemplo
desplazamiento espectrales. Estas curvas toman en cuenta la variabilidad y la
incertidumbre asociada con las propiedades de la curva de capacidad, estados de daño
y movimiento del suelo.