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Marco teórico de la tesis Estudio de Vulnerabilidad Sísmica Rural en SincelejoTRANSCRIPT
1
ESTUDIO DE VULNERABILIDAD SÍSMICA EN LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS DE LA ZONA RURAL NORTE DEL MUNICIPIO DE
SINCELEJO – MARCO TEÓRICO
RAFAEL ENRIQUE BUSTAMANTE VERGARA
CARLOS MARIO CASTRO NAVARRO
JAVIER EDUARDO MARQUEZ ZABALA
UNIVERSIDAD DE SUCRE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGRÍCOLA
SINCELEJO, SUCRE
2007
2
1. MARCO TEÓRICO
1.1 Localización
La ciudad de Sincelejo, se encuentra ubicada al noreste del país de
9º18 latitud norte, 75º.23” latitud oeste del meridiano de
Greenwich. Tiene una extensión total de 28.134 Has, con una
altura sobre el nivel del mar de 213 metros y limita al sur con el
municipio de Sampués y con el departamento de Córdoba; por el
oeste con los municipios de Palmito y Tolú; por el norte con los
municipios de Tolú y Tolú Viejo y por el éste con los municipios
de Corozal y Morroa (Figura 1).
Figura 1. Localización Geográfica del Área de Estudio. Imágenes de Live Maps y
DANE
3
El área urbana del municipio ocupa un total de 1.892,64 Has con
un perímetro urbano de una longitud total de 32,39 Km., y el área
rural tiene 25.953 Has, para un total de 27.845 Has entre lo
urbano y rural. El área rural Norte que comprende este estudio
comprende las siguientes poblaciones (Figura 2):
Figura 2. Poblaciones Comprendidas en el Estudio. Imagen de Google Earth 2007.
1. Arroyo Arena: (9°22'24"N; 75°23'29"O1) Caserío en el municipio
de Sincelejo, departamento de Sucre, al norte de la cabecera
municipal. Comunicado al corregimiento de La Peñata por camino
de herradura.
2. La Peñata: (9°20'11"N; 75°23'20"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al norte de la
cabecera municipal, de la cual dista 8 km por camino de
herradura.
3. Las Majaguas: (9°22'1.5"N; 75°26'10"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al norte de la
cabecera municipal en la vía que comunica con el municipio de
Toluviejo.
1 Coordenadas de Google Earth, 2007.
4
4. La Chivera: (9°21'39"N; 75°26'51"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al noroeste de la
cabecera municipal, de la cual dista 13 km.
5. La Arena: (9°22'32"N; 75°29'1.3"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al noroeste de la
cabecera municipal, de la cual dista 13 km por carretera y camino
de herradura.
6. San Rafael (9°23'32"N; 75°30'15"O) Corregimiento del municipio
de Sincelejo, al norte de la cabecera municipal.
7. La Gulf: (9°21'40"N; 75°29'18"O) Vereda del municipio de
Sincelejo, departamento de Sucre, al noroeste de la cabecera
municipal, lugar de paso del Oleoducto Caño Limón-Coveñas.
8. Barro Prieto: (9°21'27.50"N; 75°28'22"O) Vereda del municipio de
Sincelejo, al noroeste de la cabecera municipal, cercana al paso del
Oleoducto Caño Limón-Coveñas.
9. Laguna Flor: (9°20'1"N; 75°27'58"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al noroeste de la
cabecera municipal, de la cual dista 12 km por camino de
herradura y carretera
10. Cerrito de La Palma: (9°19'52"N; 75°26'46"O) Corregimiento en
el municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al noroeste de
la cabecera municipal.
11. Cruz del Beque: (9°18'40"N; 75°27'2"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al oeste de la
cabecera municipal.
12. Las Huertas: (9°17'21"N; 75°29'52"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al oeste de la
cabecera municipal, de la cual dista 15 km por camino de
herradura.
13. La Pastora: (9°16'53"N; 75°28'36.92"O) Caserío en el municipio
de Sincelejo, departamento de Sucre, al suroeste de la cabecera
municipal.
5
14. San Antonio: (9°16'51"N; 75°27'38"O) Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al suroeste de la
cabecera municipal, de la cual dista 10 km por camino de
herradura.
15. Buenavistica: (9°15'58"N; 75°29'5"O): Corregimiento en el
municipio de Sincelejo, departamento de Sucre, al suroeste de la
cabecera municipal.
16. Buenavista: (9°15'6"N; 75°28'42"O) Corregimiento del
municipio de Sincelejo departamento de Sucre, al suroeste de la
cabecera municipal de la cual dista 15 km por carretera.
1.2 Conceptos Generales
1.2.1 Conceptos Fundamentales del Fenómeno Sísmico
Sismos: Los sismos son vibraciones de la tierra causadas por la
fractura de las rocas sometidas a esfuerzos continuos y
permanentes, que se acumulan más allá de su límite elástico,
hasta romperse y causar un desplazamiento súbito de la roca que
la vuelve elásticamente a su forma original.2
Ondas Sísmicas: El “golpe” terrestre provocado por la ruptura y el
movimiento súbito de las rocas, genera ondas sísmicas en todas
las direcciones, que transmiten el movimiento o el temblor de
tierra. El punto donde se inicia la ruptura se denomina FOCO o
HIPOCENTRO y el punto de la superficie terrestre, directamente
encima del foco es el EPICENTRO del sismo.
Las ondas sísmicas son de tres tipos: (1) las ondas primarias o
longitudinales, que al igual que las ondas sonoras desplazan la
materia donde se mueven; (2) las ondas secundarias o
transversales “sacuden” las partículas en ángulos rectos a la
dirección en que viajan. Finalmente las ondas superficiales el
movimiento de las partículas es algo más complejo (circular) y a
medida que viajan a lo largo del suelo, hacen que tanto el suelo 2 Curso La Tierra, Fuerzas de la naturaleza y el hombre. Universidad de Chile
6
como todo lo que se ubica encima de él se mueva de manera
parecida a como el oleaje oceánico empuja un barco. Los tres
tipos de ondas viajan a velocidades diferentes, incluso en el
mismo medio; las más veloces en propagarse son las ondas
longitudinales y las más lentas son las ondas superficiales3.
Intensidad y Magnitud de un Sismo: La Intensidad de un sismo
es la evaluación de la severidad del movimiento terrestre en una
localidad determinada, o poder de destrucción. Se mide en
relación a los efectos en la vida humana y se basa en la
apreciación personal del evaluador, se describe en términos de
daño causado en los edificios, represas, puentes y otras
estructuras, que se pueden reportar rápidamente. La intensidad de
un sismo es por lo tanto una medida relativa, que varía de una
localidad específica a otra y que dependerá de varios factores
como: (1) El total de la energía liberada; (2) La distancia al
epicentro; (3) Las condiciones geológicas del lugar (tipo de roca,
estructuras, morfología, grado de consolidación del suelo) y (4)
Tipo y calidad de la construcción. La intensidad se mide en
grados, de acuerdo a escalas convencionales, donde cada grado
representa distintas condiciones de movimiento y daños a la
construcción y objetos. La Escala de Mercalli y la Escala Macro
Sísmica Europea (EMS-98) son escalas de medición de intensidad.
En cuanto a la magnitud de un sismo, ésta es una medida física
indirecta de la cantidad de energía liberada en el hipocentro del
sismo y se obtiene a través de mediciones instrumentales en las
estaciones sismológicas. Es una medida mucho más precisa que la
intensidad, la cual se basa solo en observaciones subjetivas de la
destrucción en cada lugar.
La Magnitud es en cambio única para cada sismo y se determina a
partir de la medición directa de la amplitud de las ondas con el
periodo, hechas en los sismogramas. Como se trata de una medida
absoluta no depende de la distancia en que se encuentra la 3 Ibíd.
7
estación. La escala de Richter se utiliza para medir la magnitud de
un sismo, asignándole arbitrariamente el valor de cero (0) a los
limites bajos de detección y no tiene límite superior. Cada grado
de la escala representa, respecto al grado que le precede, un
incremento en la amplitud de onda por un factor de 104.
Relación entre Intensidad y Magnitud: Como las intensidades son
medidas de daños, y estos están muy relacionados con las
aceleraciones máximas causadas por las ondas sísmica, es
relacionarlos aproximadamente. Una de tantas relaciones es la
propuesta por Richter y se muestra en la siguiente ecuación5:
/
Donde I es la intensidad y a es la aceleración del terreno. Esta
relación nos dice que una intensidad XI corresponde a
aceleraciones del orden de 1468 cm/s2 = 1.5g, donde g = 980cm/s2
que corresponde a la aceleración de la gravedad en la superficie
terrestre; una intensidad de IX corresponde a 0.7g y una de VII a
0.07g. Aparentemente la aceleración mínima que percibe el ser
humano es del orden de 0.001g, correspondiente a la intensidad
II6. Las relaciones se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Relación entre Intensidad y Magnitud
Relación entre Intensidad y Magnitud Según
Richter
Intensidad MM Magnitud
Richter
Característica
I Hasta 2.5 Instrumental
II De 2.5 a 3.1 Muy Débil
III De 3.1 a 3.7 Ligero
IV De 3.7 a 4.3 Moderado
V De 4.3 a 4.9 Algo Fuerte
4 Curso La Tierra Fuerzas de la Naturaleza y el Hombre 5 Richter, C. 1958, en Nava 1998, citado por Peralta 2003 6 Peralta, 2003
8
VI De 4.9 a 5.5 Fuerte
VII De 5.5 a 6.1 Muy Fuerte
VIII De 6.1 a 6.7 Destructivo
IX De 6.7 a 7.3 Ruinoso
X De 7.3 a 7.9 Desastroso
XI De 7.9 a 8.4 Muy Desastroso
XII De 8.4 a 9 Catastrófico
Tomada de Escenarios de Vulnerabilidad y de Daño Sísmico en las Edificaciones
de Mampostería de uno y dos Pisos. Peralta, 2003
1.2.2 Efecto de los Sismos en las Edificaciones
Cuando tiembla, las edificaciones responden a las aceleraciones
transmitidas desde el suelo, a través de los cimientos de la
estructura. La inercia del edificio causa la deformación de la
estructura, lo cual produce la concentración de esfuerzos en los
muros débiles o en las juntas de la estructura resultando en daños o
en el colapso total. El nivel de daño que presente la estructura
dependerá de la amplitud y de la duración del sismo. La geología
regional puede afectar el nivel y la duración del sismo, pero las
condiciones locales son inclusive más importantes; por ejemplo los
temblores en sedimentos suaves son más grandes y prolongados
cuando se comparan con los temblores experimentados en sitios de
roca dura. Los efectos de los sismos son mayores en las edificaciones
de varios pisos, las cuales también tienden a temblar por más tiempo
que las edificaciones de uno o pocos pisos, lo cual las hace más
susceptibles al daño.7
7 An Introduction to Earthquakes and Earthquake Hazards SLU EAS‐A193 Class Notes
9
Figura 3. Efecto de fuerzas laterales en las edificaciones. Tomada de An
Introduction to Earthquakes and Earthquakes Hazards SLU EAS-A193 Class Notes
1.2.3 Conceptos Previos a la Vulnerabilidad Sísmica
Para prevenir, mitigar o eliminar el impacto de un posible fenómeno
destructor (como un sismo) es necesario establecer los conceptos
fundamentales implicados como son peligro, amenaza,
vulnerabilidad y riesgo. En 1979 la UNDRO con el fin de establecer
una uniformidad en la comprensión de estos conceptos propuso su
definición en el reporte “DESASTRES NATURALES Y ANALISIS DE LA
VULNERABILIDAD”, los cuales han sido aceptados mundialmente:
Amenaza o Peligro (Hazard-H): es la probabilidad de
exceder un nivel de ocurrencia de un fenómeno natural
potencialmente dañino con una cierta intensidad, en un
periodo de tiempo y en un sitio determinado.
Vulnerabilidad (Vulnerability-V): grado de pérdida de un
elemento o un grupo de ellos, resultante de la ocurrencia
de un fenómeno natural de una magnitud dada, expresada
en una escala desde 0 (sin daño) hasta 1 (colapso total)
en cualquier escala proporcional a esta.
Riesgo Específico (Specific Risks-RS): es la probabilidad
esperada de pérdidas debidas a la ocurrencia de un
fenómeno natural, expresado como una función de la
amenaza ó peligro y la vulnerabilidad.
10
Rs=V*H
Elementos de Riesgo (Risk Elements-E): Definidos como la
población, la edificaciones, las obras civiles, las
actividades económicas, los servicio públicos, las
utilidades, la infraestructura, entre otros,
susceptibles a ser afectados por un fenómeno natural.
Riesgo Total (Total Risk-Rt): es el grado de pérdidas
debidas a un fenómeno natural, como una función del
riesgo específico y el valor de los elementos en riesgo.
Rt = (E) x (Rs) = (E)x (HxV)
1.3 Situación Geológica de Colombia
Colombia se encuentra situada, dentro del marco tectónico global, en
la placa suramericana que sufre un proceso de separación de la placa
africana. El vestigio de esa separación es una sutura en el piso del
Océano Atlántico denominada Rift; allí diariamente sale magma que
conforma el piso del Océano Atlántico originando un fenómeno de
expansión y crecimiento8.
Por situarse en la esquina noroccidental de la placa suramericana
como se puede observar en el mapa (Figura 4), Colombia se
encuentra en un sitio de choque entre la placa Pacífica y el borde de
la placa suramericana; allí la placa Pacífica empieza a penetrar debajo
de ella, en un evento conocido como subducción. La placa del Caribe
también presenta una zona de subducción y penetra a una velocidad
de 1 a 2 cm por año. La placa Pacífica penetra a una velocidad mayor,
6 cm/año.9
8 Anatomía Geológica de Colombia. Orlando Navas Camacho. 2003 9 Ibíd.
11
Figura 4. Placas Tectónicas en Colombia. Tomada de la NSR-98
Este juego de movimientos de placas produce una serie de fallas de
sentido SE-NW, como las fallas de Romeral, Cauca-Patía, Soapaga y la
del borde este de la Cordillera Oriental. También se originan fallas de
rumbo como la falla de Bucaramanga-Santa Marta que desplazo la
Sierra Nevada de Santa Marta, un ente tectónico de la Cordillera
Central, hacia el noroeste por varios kilómetros10.
1.4 Amenaza Sísmica
En la Figura 5 se puede apreciar las zonas de amenaza sísmica en
Colombia. La zona de Alta Amenaza (en rojo) incluye la Cordillera
Occidental y todo el corredor o Andén Pacífico, que demarca la zona
de choque de placas y subducción de la placa Pacífica. El borde de la
Cordillera Oriental es una zona de alta amenaza sísmica debido a la
falla frontal de la cordillera que la delimita geológicamente con el
piedemonte llanero11. Los colores amarillos corresponden a zonas
con amenaza sísmica intermedia. La menor amenaza se denota por
10 Ibíd. 11 Anatomía Geológica de Colombia. Orlando Navas Camacho. 2003
12
colores verdes; la parte oriental del territorial hacia la Orinoquia y
Amazonia colombianas, presenta amenaza sísmica baja12. La parte
suroccidental y noroccidental del departamento de Sucre (dentro de
la cual se ubica el municipio de Sincelejo) se encuentran en zona de
amenaza sísmica Intermedia. El resto del departamento se encuentra
en zona de amenaza sísmica baja.
Figura 5. Zonas de Amenaza Sísmica en Colombia. Fuente Ingeominas
1.5 Vulnerabilidad Sísmica de Edificaciones
1.5.1 Definición
La vulnerabilidad sísmica es el grado de susceptibilidad de una o un
grupo de edificaciones, a sufrir daños parciales o totales,
representados en bienes materiales y en vidas humanas, que pueden
ocasionar la pérdida de la funcionalidad, por la ocurrencia de
movimientos sísmicos de intensidad y magnitud dadas, en un
12 Ibíd.
13
periodo de tiempo y en sitio determinado13. Es una propiedad
intrínseca de la estructura, una característica de su comportamiento
que puede entenderse como la predisposición intrínseca de un
elemento o un grupo de elementos a ser afectado o ser susceptible a
sufrir daño ante la ocurrencia de un evento sísmico determinado14
1.5.2 Causas de la Vulnerabilidad Sísmica
Una edificación o grupo de edificaciones, puede ser vulnerable
debido a dos condiciones:
Vulnerabilidad Por Origen: Es el grado de susceptibilidad o
predisposición de las estructuras físicas, socio-económicas y
medioambientales, constituidas y construidas sin ningún tipo de
control ni planificación, las cuales pueden sufrir daño o pérdida a
causa de un fenómeno natural15.
Vulnerabilidad Progresiva: Es el grado de susceptibilidad o
predisposición de las estructuras físicas, socioeconómicas y
medioambientales, en gran parte transformadas sin ningún tipo
de control ni planificación, que pueden sufrir daño o pérdida a
causa de un fenómeno natural.
1.5.3 Componentes de la Vulnerabilidad Sísmica
La vulnerabilidad puede ser física o funcional16:
Vulnerabilidad Física: Es el grado de susceptibilidad o
predisposición de los elementos estructurales y no estructurales a
sufrir daño o pérdida, puede ser de tipo estructural o no
estructural17:
o Vulnerabilidad Estructural: La Vulnerabilidad Estructural
está asociada a la susceptibilidad de los elementos
13 Peralta, 2003 14 Salvador Safina Melone. Vulnerabilidad Sísmica de Edificaciones Esenciales. 2002 15 Peralta, 2003 16 Cardona, 1990 17 Peralta, 2003
14
estructurales a sufrir daño debido a un sismo, lo que se ha
llamado daño sísmico estructural. El mismo comprende el
deterioro físico de aquellos elementos o componentes que
forman parte integrante del sistema resistente o estructura
de la edificación y es el que tradicionalmente ha merecido la
atención prioritaria de los investigadores18.
o Vulnerabilidad No Estructural: La vulnerabilidad no
estructural está asociada a la susceptibilidad de los
elementos no estructurales de sufrir daño debido a un
sismo, lo que se ha llamado daño sísmico no estructural. El
mismo comprende el deterioro físico de aquellos elementos
o componentes que no forman parte integrante del sistema
resistente o estructura de la edificación y que pueden
clasificarse en componentes arquitectónicos (puertas,
ventanas, parapetos, etc.) y componentes electromecánicos
(ductos, canalizaciones, equipos, etc.) que cumplen
funciones importantes dentro de las instalaciones19. Los
elementos no estructurales pueden llegar a convertirse en
elementos potencialmente peligrosos cuando no se
encuentran ligados o amarrados adecuadamente al resto de
la edificación, introduciendo cambios en la estructuración y
en los mecanismo de transmisión de las cargas, que pueden
propiciar su falla20
Vulnerabilidad Funcional: La vulnerabilidad funcional se define
como la susceptibilidad de la edificación para seguir prestando el
servicio para el que fue construida. Este término se aplica a
edificaciones como hospitales, clínicas y centros de salud que
deben permanecer no solo en pie sino funcionando, ya que
18 Safina, 2002 19 Ibíd. 20 Peralta, 2003.
15
aunque desarrollen un buen desempeño estructural, se puede
presentar un colapso funcional, que puede ser más grave que una
falla en los elementos de la propia estructura21.
1.6 Métodos de Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica
1.6.1 Introducción
La vulnerabilidad sísmica es una propiedad intrínseca de la
estructura, una característica de su propio comportamiento ante la
acción de un sismo descrito a través de una ley causa-efecto, donde
la causa es el sismo y el efecto es el daño22. Existen varias
metodologías y técnicas que varios autores han propuesto para la
evaluación de la vulnerabilidad sísmica de diferentes tipos de
instalaciones. Estas metodologías de evaluación dependen
principalmente de los siguientes factores23:
• Naturaleza y objetivo del estudio
• Información Disponible
• Características del elemento que se pretende estudiar
• Metodología de evaluación empleada
• Resultado esperado
• Destinatario de esta información
La selección de una determinada metodología está íntimamente
relacionada con la escala del análisis y las características de los
elementos bajo estudio; así por ejemplo, el estudio de riesgo sísmico
de elementos particulares o aislados como edificios, puentes, presas,
etcétera; generalmente se basa en evaluaciones deterministas de la
vulnerabilidad, mientras que el estudio del riesgo sísmico de
sistemas territoriales o categorías de elementos como tipos de
edificios, líneas vitales, etc, generalmente se basa en enfoques
probabilistas que permitan aplicaciones regionales del modelo a
21 Peralta, 2003 22 Sandi citado por Safina 23 Safina
16
diferentes escalas, con la ventaja adicional, que pueden organizarse y
tratarse con sistemas de información geográfica24.
La medida que se emplee en el estudio depende del modelo adoptado
y puede estar orientado a cuantificar los efectos sobre la población,
los daños en la población, los daños en las edificaciones, la
afectación de los sistemas, etc. Estos efectos normalmente se
expresan en parámetros monetarios. Entre los principales usuarios
de estos estudios destacan por una parte, las autoridades públicas
regionales o locales, interesadas en conocer la relación
costo/beneficio asociadas al nivel de riesgo implícito en la adopción
de políticas de inversión, impuestos, leyes, ordenación y planificación
del territorio y por otra parte los organismo de protección civil y de
seguridad social, a quienes interesa conocer los niveles de riesgo
existentes en las instalaciones, las perdidas posibles debidas a un
sismo, definir la necesidad de intervención o reforzamiento,
gestionar recursos, trazar planes de emergencia, etc.25
Todas estas condicionantes han motivado a algunos investigadores a
proponer diversos esquemas de clasificación como un esfuerzo para
tratar de canalizar o sistematizar las diferentes metodologías
propuestas, que en resumida cuenta tienen como objetivo general,
predecir el daño debido a un sismo con la menor incertidumbre
posible.
2.6.2. Clasificación de las Metodologías
En cuanto a las técnicas de evaluación de la vulnerabilidad sísmica de
las edificaciones una de las clasificaciones más reconocida y
completa se debe a Corsanero y Petrini (1960), quienes las agrupan
en función del tipo de resultado que producen como: Técnicas
Directas; permiten predecir directamente y en una sola etapa, el daño
causado por un sismo. Destacan en este grupo los llamados métodos 24 EC‐SERGISAI, citado por Safina. 25 OPS, citado por Safina
17
tipológicos y los métodos mecánicas. Técnicas Indirectas; determinan
un índice de vulnerabilidad como primer paso, para luego relacionar
el daño con la intensidad sísmica. Técnicas Convencionales;
introducen un índice de vulnerabilidad independiente de la
predicción del daño. Se usan básicamente para comparar la
vulnerabilidad relativa de diferentes construcciones ubicadas en
áreas de igual sismicidad. Técnicas Híbridas; combinan elementos de
los métodos descritos anteriormente con juicios de los expertos26.
Figura 6. Clasificación de las técnicas de evaluación de la vulnerabilidad Sísmica
según Corsanero y Petrini
Sobre la base de esta clasificación, Dolce, M (1994) propone un nuevo
criterio de clasificación producto de examinar separadamente las
etapas fundamentales que comprende un análisis de vulnerabilidad.
Considera tres tipos de métodos: Métodos Estadísticos; basados en un
análisis estadístico de las construcciones, caracterizadas por los
datos de entrada. Métodos Mecánicos; en los cuales se estudian los
principales parámetros que gobiernan el comportamiento dinámico
de las estructuras como la ductilidad. Métodos basados en Juicios de
Expertos; donde se evalúan cualitativamente y cuantitativamente los
factores que gobiernan la respuesta sísmica de las edificaciones27.
26 Safina 27 Ibíd.
18
Figura 7. Clasificación de las Técnicas de Evaluación de la Vulnerabilidad Sísmica
Según Dolce.
Una clasificación más simplificada agrupa las metodologías para
evaluar la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones existentes en
dos categorías, los métodos cualitativos y los métodos cuantitativos.
Métodos Cualitativos: En términos generales se pueden definir los
métodos cualitativos, aquellos en el que la construcción recibe una
calificación determinada de acuerdo a aspectos tales como su estado
de conservación, su irregularidad en planta y en altura, su relación
19
con el suelo, etc.28 Este tipo de métodos no precisa de cálculos muy
sofisticados.
Los métodos cualitativos son los más apropiados para la evaluación
de edificaciones a gran escala, debido a que arrojan resultados más
rápidos para un sin número de tipologías constructivas que puedan
ser determinantes para la toma de decisiones en el ámbito de la
mitigación del riesgo, en una región determinada. Caicedo et al
(1994) clasifica los métodos cualitativos en dos grupos: los que
predicen daño y los que evalúan la capacidad.
Métodos que Predicen daño: Estiman el daño de una
estructura a través de dos tipos de relaciones matemáticas:
las matrices de probabilidad de daño y las funciones de
vulnerabilidad. Las matrices de probabilidad de daño,
definen la distribución del daño sísmico de una tipología
estructural para una intensidad sísmica dada y se deducen
de observaciones en daños post-sísmicos en los diferentes
tipos de edificaciones. Las funciones de probabilidad son
relaciones matemáticas que expresan de forma continua el
daño que experimenta una estructura cuando es sometida a
un movimiento sísmico, estas funciones se deducen por
medio de regresiones estadísticas, a partir de los datos de
daño observados como consecuencia de terremotos
anteriores y se expresan como curvas que relacionan el
grado de daño del edificio, con un parámetro de respuesta
estructural o del movimiento del terreno.
Métodos que Evalúan la Capacidad Sísmica: Estos métodos
evalúan la capacidad sísmica relativa de una estructura.
Existen dos tipos de métodos, los que comparan la
capacidad actual de la estructura con la exigida por un
determinado código de construcción y los que califican de
forma empírica las diferentes características de las
estructuras. 28 Reque Cordoba, 2006
20
Métodos con base en códigos de construcción: Estos
métodos utilizan los mismos criterios para el diseño de
nuevas edificaciones y parten de los procedimientos
recomendados por los códigos de construcción. La
literatura en lo referente a este tipo de métodos en el
ámbito mundial es muy extenso, sin embargo los
métodos más comentados son los desarrollados por el
ATC (Applied Technology Council) y el FEMA.
Los métodos FEMA son procedimientos desarrollados
por el “Building Safety Council” de los Estados Unidos.
Plantean para la evaluación de la vulnerabilidad sísmica
de edificaciones existentes, una serie de interrogantes
que sirven para determinar las zonas o puntos
vulnerables de una edificación. Para el análisis se utilizan
procedimientos simples, calificando mediante variables
lógicas, como falso o verdadero, aspectos estructurales,
pórticos, diafragmas, conexiones y amenazas geológicas,
entre otras, comparando los requisitos con los que se
diseñó la edificación con los requerimientos sísmicos
actuales. Uno de estos códigos es el FEMA 154: Rapid
Visual Screening of Buildings for Potential Seismic
Hazards (Evaluación Visual Rápida de Edificios para
Riesgos Sísmicos Potenciales) el cual es bastante útil
cuando no se tiene acceso a información de la
edificación. Este método inicialmente establece tres tipos
de formato de evaluación dependiendo de si la amenaza
sísmica del sitio es baja, media o alta, luego dependiendo
del tipo de la edificación (madera, mampostería no
reforzada, estructuras en acero, etc. En total 12 tipos de
edificación) se le asigna al edificio un puntaje básico, el
cual es modificado por parámetros como: la condición de
conservación, la regularidad vertical, la presencia de
21
pisos ligeros, torsión, la irregularidad en planta y el tipo
de suelo.
El ATC-21 con el mismo nombre del FEMA 154 (Rapid
Visual Screening for Potential Seismic Hazards) tiene la
misma estructura, consistente en asignarle una
calificación inicial a la edificación y luego los diferentes
parámetros de la metodología le van sumando o
restando a dicha estructuras dependiendo de las
características de la edificación en sí.
El ATC-14 clasifica la edificación analizada dentro de una
de 15 tipologías estructurales establecidas en el método
y evalúa el riesgo sísmico potencial de cualquier tipo de
estructura. El método identifica inicialmente, los
edificios que representen un riesgo para la vida humana
durante un movimiento sísmico, en términos de
posibilidad de colapso del edificio. El método evalúa los
esfuerzos cortantes actuantes, los desplazamientos
relativos en el entrepiso y ciertas características del
edificio.
Métodos con Base en un Sistema de Calificación: Estos
métodos utilizan una escala de valores para calificar la
calidad de las diferentes características estructurales,
constructivas, funcionales o arquitectónicas de una
edificación, a las que se les asigna un valor numérico (a
veces afectados por factores de ponderación o
corrección), cuya suma total representa la vulnerabilidad
sísmica. Entre estos métodos se encuentran:
Método de evaluación de campo29: emplea cinco
formularios para el levantamiento de información
general y estructural, que se utilizan para catalogar la
edificación como buena, regular, pobre o muy pobre, de 29 Culver et al, 1975; en Caicedo et al, 1994, citados por Peralta, 2003
22
acuerdo con el puntaje obtenido y al nivel de intensidad
para el sitio.
Método del factor de decisión30: este método analiza una
serie de características de la edificación como la
funcionalidad, el criterio de confianza, la ubicación del
edificio, y la sismicidad del sitio, a las cuales se les
asigna un factor numérico. A la suma de dichos números
se le denomina factor de decisión, el cual determinan el
tipo de análisis que se debe utilizar para evaluar la
resistencia sísmica de la edificación.
Método del Índice de Daño31: Evalúa la vulnerabilidad
sísmica mediante la determinación del índice de daño
(Id), el cual describe la capacidad sísmica de la
estructura. Consiste en asignar un valor numérico (Vi)
que califica la edad, el número de pisos, la proximidad de
los edificios, el mantenimiento, la cimentación, la
densidad y localización de los muros, los detalles
constructivos, los elementos no estructurales, los
diafragmas, el sistema estructural, la masa, la rigidez, las
irregularidades y los daños anteriores. A cada una de
estas características se le asigna un peso (Wi) de acuerdo
con la importancia global para la resistencia del edificio.
El índice de daño se calcula mediante la expresión:
Para valores de Id menores de 0.4 se considera que el
riesgo sísmico de la estructura es aceptable, si el Id
supera este valor se debe utilizar otro procedimiento
más sofisticado para la evaluación de la edificación.
Método del Índice de Vulnerabilidad32: este método
considera once parámetros para calificar la
30 General Services Administration, 1976, en Caicedo et al, 1994, citados por Peralta, 2003 31 Uzcátegui & Quintero 1988, en Caicedo et al, 1994, citados por Peralta, 2003 32 Petreni & Benedetti, 1984, citados por Peralta, 2003
23
vulnerabilidad sísmica de edificaciones de mampostería
no reforzada (MNR) y edificaciones de hormigón
armado. Estos son el tipo de organización y calidad del
sistema resistente, la resistencia convencional, la
posición del edificio y la cimentación, los entrepisos, la
configuración en planta, la configuración en elevación, la
separación máxima entre muros, el tipo de cubierta, los
elementos no estructurales y el estado de conservación.
Los parámetros son calificados en función de la escala
numérica desarrollada para este método, en la cual se
asigna una calificación Ki a cada valor de la escala de
gradación desde A hasta D donde A es óptimo y D es
pésimo. Una vez obtenidas las calificaciones parciales
(A, B, C, D), de cada uno de los parámetros analizados,
estas son afectadas por un factor de peso según el
grado de importancia de cada parámetro en relación con
los demás. A partir de los valores obtenidos, se
cuantifica la vulnerabilidad global de la edificación
mediante una suma ponderada, a este valor se le conoce
como Índice de Vulnerabilidad, según la expresión:
Donde Ki es la calificación asignada y Wi es el
coeficiente de peso, Iv es el índice de vulnerabilidad. A
partir del índice de vulnerabilidad se puede estimar el
nivel de daño que puede sufrir una edificación en
función de la aceleración del terreno.
Método Empírico33: Lleva a cabo un análisis cualitativo de
las características de la construcción, tales como la
calidad y estado de la misma, configuración y forma,
tipo de estructura, características del suelo y de la
33 Cardona, 1989
24
fundación, estabilidad de componentes no estructurales.
Estos aspectos se califican subjetivamente como
Vulnerabilidad Alta (A), Media (M) y Baja (B), con un
criterio riguroso y conservador. Una vez calificado cada
aspecto se suman los valores respectivos para obtener
un resultado o parámetro global. Sí el parámetro supera
el valor de 150 la edificación será altamente vulnerable,
entre 90 y 150 será considerada vulnerable y por debajo
de 90 será considerada segura.
Método propuesto por Peralta: este método está basado
en 8 parámetros principales que son Época de
Construcción, Tipología Estructural, Geometría, Peso,
Rigidez, Elementos no Estructurales, Suelos y
Cimentación y Estado de Conservación. A su vez el
parámetro Geometría esta subdividido en Configuración
en Planta y Configuración en Altura; el parámetro Peso
se encuentra subdividido en Número de Pisos y Tipo de
Cubierta; el parámetro Rigidez se subdivide en Tipo de
Mampostería, Espesor de Muros, Cantidad de Muros y
Altura de Muros; y finalmente el parámetro Suelos y
Cimentación se subdivide en Coeficiente de Sitio,
Terreno de Fundación y Posición del Edificio y la
Cimentación34.
A cada uno de estos parámetros (o sub-parámetros de
acuerdo al caso) se le asigna un grado de vulnerabilidad
sísmica, ya sea Alta, Moderada o Baja, la cual se traduce
en una calificación numérica de 50, 25 y 5
respectivamente. Luego se suman estas calificaciones (ya
que no se encuentran modificadas por un factor de
peso) y se obtiene un Indicador Global de la
Vulnerabilidad Sísmica, que si es mayor de 375 se
considera una vulnerabilidad alta, entre 150 y 375, 34 Peralta, 2003
25
vulnerabilidad media y menor de 150, vulnerabilidad
baja35.
Método HVE estructural propuesto por la WHO-Europa:
Este método hace una clasificación de las edificaciones
de acuerdo a su tipo; estableciendo tres grupos para
edificaciones de mampostería y 7 para edificaciones de
concreto armado de acuerdo con diferencias en la
estructuración de dichas edificaciones, cada uno de
estos grupos se le asigna un puntaje básico. Para
edificaciones de mampostería el método considera 10
factores Mantenimiento, Número de Pisos, Pisos Ligeros,
Irregularidad en Planta, Irregularidad Vertical, Pisos
Sobrepuestos, Techos Pesados, Intervenciones de
Refuerzos, Pendiente del Terreno y Condiciones del
Suelo. Al puntaje básico se le suman o se le restan
puntos a medida que se evalúan los diferentes factores,
y al final se establece un Índice Total de Vulnerabilidad,
que a diferencia de otros métodos no determina
directamente la vulnerabilidad de la edificación, sino
que se compara con la Intensidad Sísmica; esto resulta
en que un Índice de Vulnerabilidad puede estar
relacionado con diversos niveles de vulnerabilidad
dependiendo de la Intensidad Sísmica.
Otros Métodos: Otros métodos basados en un sistema de
calificación son: El método de Velasco & Tassios,
desarrollado en el proyecto Microzonificación
Sismogeotécnica de Popayán; El Método de la Asociación
Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS) desarrollado
dentro del Manual de Construcción, Evaluación y
Rehabilitación Sismo Resistente de Viviendas de
Mampostería; El Método Argentino desarrollado en 1987
por la Unidad de Riesgo Sísmico y Desarrollo Local, para 35 Ibíd.
26
la evaluación de la vulnerabilidad sísmica del Gran
Mendoza; El Método Italiano ISTC desarrollado por el
“Istituto di Scienza e Tecnica delle Costruzioni” y la
“Universitá degli Studi di Padova y adaptado para el
estudio de Vulnerabilidad Sísmica de Viviendas de
Adobe en la Zona de Coelemu (8ª región de Chile); El
Método Japonés desarrollado por Hirosawa en 1992 es
utilizado para la evaluación de edificaciones de
Hormigón Armado de mediana y baja altura construidas
mediante método convencionales; El Método NAVFAC,
desarrollado por G. Matzamura, J. Nicoletti y S. Freeman
con el nombre de Seismic Design Guidelines for Up-
Grading Existing Buildings y es aplicable a cualquier tipo
de estructura; El Método Venezolano desarrollado por I.
Rivera de U, D. Grisolia de C. y R. Sarmiento de la
Universidad de los Andes de Mérida, Venezuela, este es
aplicable a edificios de hormigón armado o
Mampostería; El Método Mexicano desarrollado por J.
Iglesias de la Universidad Autónoma Metropolitana
(UAM) evalúa la capacidad sísmica de edificios de
Hormigón Armado de mediana altura; El Método
PERCAL describe la vulnerabilidad de una estructura en
términos de aceleración basal resistente última, la
aceleración basal resistente elástica, el periodo
fundamental de vibración de la estructura y función de
daños; El método desarrollado por Hurtado que evalúa
la vulnerabilidad sísmica de las edificaciones
construidas en mampostería confinada y no confinada,
generalmente de uno o dos pisos mediante el cálculo de
la resistencia sísmica al cortante y la ductilidad en la
dirección más desfavorable teniendo en cuanta la
27
longitud y espesor de sus muros, al igual que el peso de
la vivienda36.
Problemas Asociados a los Métodos Cualitativos: Caicedo et
al (1994) citado por Peralta (2003) afirma que los
métodos subjetivos no permiten la evaluación precisa de la
vulnerabilidad de las edificaciones. A pesar de esto llegan a
ser la única herramienta disponible en los casos para los
cuales la modelización matemática, por medio de métodos
cuantitativos, es muy costosa, compleja o involucra
factores cuyo comportamiento es difícil de predecir
Métodos Cuantitativos: Los métodos cuantitativos sirven para
profundizar en los resultados obtenidos de los métodos
cualitativos, cuando estos últimos no entreguen resultados
determinantes sobre la seguridad de la estructura37.
Para realizar un análisis de vulnerabilidad utilizando métodos
cuantitativos es necesario contar con información básica como:
características de los materiales utilizados en la edificación,
caracterización del suelo donde se encuentra emplazada la
estructura y planos estructurales entre otra información38.
Generalmente los análisis cuantitativos son realizados mediante
modelamiento matemático de la estructura, en las cuales se deben
considerar aspectos tales como39:
• El área del edificio y número de pisos
• El sistema estructural sismo-resistente.
• El área de los elementos resistentes tales como columnas y
muros.
36 Peralta, 2003 37 Reque Cordoba, 2006 38 Ibíd. 39 Ibíd.
28
• Las irregularidades estructurales en la edificación de análisis,
etc.
Problemas Asociados a los Métodos Cuantitativos: Los
problemas asociados con los métodos cuantitativos,
provienen básicamente de las dificultades intrínsecas de la
modelización matemática de las estructuras reales. Las
múltiples incertidumbres para evaluación del daño sísmico
de una estructura, surgen desde el planteamiento de las
hipótesis del modelo para el análisis estructural y la
selección de los movimientos sísmicos del terreno. Así
mismo, las propiedades reales de los materiales y de los
elementos estructurales pueden llegar a ser muy diferentes
de las asumidas para el análisis y en la mayoría de los
casos, estas son sencillamente desconocidas40.
Con relación a la selección de los movimientos sísmicos del
terreno resulta complejo identificar las características del
movimiento que describen la capacidad destructiva de un
sismo, razón por la cual el movimiento del terreno es una
de las fuentes de mayor incertidumbre41.
Es por todo lo anterior que resulta muy difícil, hasta el
momento, predecir analíticamente con suficiente
confiabilidad la vulnerabilidad sísmica de dichas estructuras
por los métodos cuantitativos; además la evaluación de
estructuras por este tipo de metodologías puede llegar a ser
una labor muy difícil de ejecutar a gran escala42
1.7 Eventos Sísmicos en el Departamento de Sucre
Según datos del INGEOMINAS el mayor evento sísmico registrado en
el departamento de sucre tuvo lugar el 30 de junio de 1945 a las 40 Peralta, 2003 41 Ibíd. 42 Ibíd.
29
6:18:28 (UT) con epicentro en los 9.5ºN 75.30ºO, con una magnitud
de 5 en las escala de Richter y una intensidad máxima de VI, a
aproximadamente 25 Km al noreste del casco urbano del municipio
de Sincelejo.
Figura 9. Localización del Sismo del 30 de Junio de 1945, el mayor registrado en el
departamento de Sucre. Fuente INGEOMINAS
30
Figura 10. Sismos Ocurridos en el departamento de sucre entre Junio de 1993 y Abril de 2001.
Fuente INGEOMINAS
De acuerdo al INGEOMINAS entre Junio de 1993 y Abril de 2001 se
presentaron 13 sismos a una profundidad inferior a 30 Km: 2 con
magnitud entre cero (0) y tres (3); 7 con magnitud entre tres (3) y cuatro
(4); y 4 con magnitudes entre cuatro (4) y (5). Así mismo se presentaron
4 eventos sísmicos en profundidades entre 30Km y 70 Km: uno con
magnitud de cero (0) a tres (3) y otros 3 con magnitudes de tres (3) a
cuatro (4). (Ver Figura 10)
1.8 Vulnerabilidad Sísmica de las Zonas Rurales
Entendiendo el sector rural como aquel sector asociado
predominantemente con aquellas actividades económicas agropecuarias
o basadas en el uso de los recursos naturales, lo que incluye la actividad
forestal y pesquera, así como actividades como ecoturismo o
procesamiento agroindustrial, puede observarse que estas actividades
se desarrollan generalmente en pueblos aislados y centros poblados
pequeños.
En el año 2004, América Latina y el Caribe contaba con una población
rural de 125.7 millones de personas, lo que representa un 23% del total
de acuerdo al informe de la FAO “El Estado Mundial de la Agricultura y
la Alimentación 2003-2004”; Colombia según datos del DANE cuenta
con una población rural cercana a los 10 millones de personas, el 24%
de la población del país.
A pesar de que la mayoría de la población de América Latina (Colombia
incluida) y el Caribe se encuentra en los centros urbanos, la pobreza es
un fenómeno rural, según datos de la CEPAL, en América Latina en el
año 2004, el 41.7% de la población total era pobre y de ese total el 58.1%
habitaba en zonas rurales.
31
La Pobreza, la precariedad, la marginalidad económica y social son
problemas que continúan afectando a la mayoría de la población de las
zonas rurales en los países de la región
Figura 11. Vías en pésimo estado en la zona rural del Municipio de Sincelejo
El terremoto ocurrido en Perú el 15 de Agosto de 2007, dejó en claro
que las zonas rurales (al menos en América Latina) son muy vulnerables
a los eventos de carácter sísmico; y las causas están directamente
relacionadas con lo establecido arriba entre ellas podemos citar43:
Elevados Niveles de Pobreza (Pocos recursos para la adquisición o
construcción de vivienda segura sísmicamente, o la reparación de
las mismas; además del poco acceso a la información y a recursos
educativos)
Carencia de institucionalidad tanto nacional como local que
oriente el Desarrollo Rural, formule políticas, diseñe estrategias y
acciones coherentes (Esto se traduce en la inexistencia de planes
de contingencia ante eventos naturales, o siquiera planes de
prevención a la comunidad, así como presencia nula de
autoridades que regulen la utilización del terreno y la calidad de
las construcciones en la zona)
43 Acciones Estratégicas en el sector de la Agricultura y el Desarrollo Rural, Oteyza y Gozen, 2006
32
Elevada Dispersión Geográfica (Que en caso de eventos sísmicos
dificulta las labores de rescate al repartirse en una zona extensa.
Ver figura )
Escasa Organización Comunitaria (Para la gestión de recursos
para la atención y prevención de desastres)
Inadecuado Manejo de los Recursos Naturales.
Deficiente Infraestructura Física.
Deficiente prestación de Servicios Públicos
Escaso acceso a la tecnología y al conocimiento.
Baja capacitación del recurso humano y escasas oportunidades
para lograrla.
Figura 12. Vías de Conexión entre la zona rural norte y la zona urbana en el municipio
de Sincelejo. Imagen Original de Google Earth 2007.
Pero sin duda la deficiente estructura física así como la falta de
regulación las construcciones son las causantes directas del desastre
durante el evento sísmico; mientras que la obstrucción de vías por
deslizamientos y caída de puentes, el mismo estado de las vías (ver
33
Figura 9) así como la dispersión geográfica (ver figura 10) y la escasa
organización de la comunidad agravan el desastre después del evento
sísmico. Las otras variables como el escaso acceso a la tecnología, al
conocimiento y la baja capacitación del recurso humano dificultan la
prevención antes del evento sísmico. Por tanto es comprensible que las
zonas rurales (al menos en América Latina y El Caribe, incluyendo
Colombia) sean más vulnerables ante los eventos sísmicos causando
pérdidas humanas y económicas significativas para dicho sector.