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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, A.C.

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VULNERABILIDAD SÍSMICA DE LA CIUDAD DE CHILPANCINGO, GUERRERO.

Eduardo Arellano Méndez 1 , Hugón Juárez García1 y Alonso Gómez Bernal1

RESUMEN En este trabajo se proponen relaciones entre la aceleración máxima del terreno y las intensidades de la Escala Macrosísmica Europea (EMS), y de esta forma se realizan estimaciones del número de construcciones dañadas en Chilpancingo, considerando tres escenarios de sismos posibles. Asimismo se describe la clase de vulnerabilidad en las estructuras de Chilpancingo; basados en el Censo realizado a una zona específica de la ciudad; se determina el número de estructuras dañadas, sus patrones de daño y algunas de las implicaciones sociales.

ABSTRACT This paper presents a relation between peek ground acceleration values and earthquake intensities according to the European Macroseismic Scale (EMS), and therefore it is possible to estimate the number of structures to suffer damage in the occurrence of three seismic sources. A seismic vulnerability is presented in this paper, to 1306 structures in a particular area of Chilpancingo, and it is determined the number of affected structures, its damage patterns and some of the social impacts in Chilpancingo, Guerrero.

INTRODUCCIÓN En este trabajo se plantea una propuesta para determinar la vulnerabilidad sísmica de la ciudad de Chilpancingo Guerrero. En sismos pasados muchas de las construcciones de esta ciudad se vieron afectadas; los estratos de suelo blando donde se encuentra desplantada amplifican las ondas sísmicas, entre otros factores; el estudio sólo considera la parte centro de la ciudad donde anteriormente se concentraban las estructuras dañadas. El método para determinar la vulnerabilidad consiste en relacionar las aceleraciones máximas del terreno con las intensidades de la Escala Macrosísmica Europea. La escala es muy completa, ya que clasifica las estructuras en dos niveles, por materiales de construcción y por clases de vulnerabilidad. Los daños los clasifica en grados y también proporciona los patrones del daño; para cada material este patrón es diferente. En este trabajo se realiza una clasificación de algunas estructuras de la ciudad de Chilpancingo, de acuerdo con un estudio previo de caracterización. Utilizamos las aceleraciones máximas esperadas de un estudio del peligro sísmico de Chilpancingo. Empleamos una relación entre las aceleraciones máximas del terreno y el grado de intensidad observado; dicha relación no fue desarrollada para esta zona, pero permite realizar una primera aproximación de la vulnerabilidad del lugar. En el censo hay 1306 estructuras en la zona de estudio, estos datos permitieron realizar estimaciones sobre el número de estructuras dañadas así como de las personas que se verían afectadas. En futuros estudios se hará un refinamiento de la estimación del número de estructuras dañadas, así como la integración del número de pérdidas humanas, heridos, damnificados; y también la determinación del costo para la sociedad.

CLASES DE VULNERABILIDAD

Al iniciar este estudio, se identificó la necesidad de realizar un censo de las estructuras, para lo cual se determinó una zona de estudio (ver figura 1); en dicho censo se definieron los patrones estructurales que

1 Profesor Investigador, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, San Pablo no. 180, Col.

Reynosa Tamaulipas, 02200 México, D.F. Teléfono: (55)5318-9461; Fax: (55)5318-9085; [email protected].

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XIII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puebla, Pue., México 2002

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permiten caracterizar a las estructuras de la zona en estudio y, permite realizar comparaciones con las estructuras en todo el municipio (Juárez y otros, 2001).

Figura 1 Zona de Estudio Existen diferentes maneras para determinar la vulnerabilidad. Al menos se utilizan dos de ellas: la vulnerabilidad predefinida se estima en función de las variables que intervienen en el diseño y construcción, las bases del cálculo, los métodos constructivos, los materiales, la mano de obra y la calidad de inspección. La vulnerabilidad observada se estima considerando una base estadística de daños causados por terremotos pasados. En el sentido más amplio, la vulnerabilidad se conforma de los dos tipos. La descripción de las Clases de Vulnerabilidad de las estructuras según la Escala Macrosísmica Europea (Grünthal, 1998) es un poco subjetiva; existen cinco clases que describen la vulnerabilidad en forma ascendente (ver tabla 1).

Tabla 1 Clases de vulnerabilidad

Clase de Vulnerabilidad

A Muy Alta

B Alta

C Media

D Baja

E Muy Baja

F Casi nula

PELIGRO SÍSMICO

En la tabla 2 se presenta un resumen de un estudio del peligro sísmico, Bernal y otros (1999), donde se distinguen tres fuentes principales de peligro.

Tabla 2 Peligro Sísmico

Fuente Localización

Aceleración máxima esperada

(g) Características del sismo Sismo característico

I Entre los paralelos 98º y 99º W 0.2 Distancia epicentral 50 km. Magnitud Mw=7.1 Año 1902

II Entre los paralelos 99º y 100º W 0.3 Distancia epicentral 100 km. Magnitud Mw=7.8 Año 1957

III Entre los paralelos 100º y 101.2º W 0.5 Distancia epicentral 150 km. Magnitud Mw=7.9-8.1 -

Relación ente Aceleración esperada e Intensidad EMS Existen formas de relacionar el daño que sufrirán las estructuras con parámetros sísmicos, el que se emplea en este trabajo está relacionado con la intensidad de la Escala Macrosísmica Europea y con la aceleración

Acapulco

México

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máxima del terreno. Esto permite estimar para cada uno de los escenarios de riesgo la cantidad de estructuras que pueden sufrir daño y el tipo de daño asociado. La dificultad principal se presenta al relacionar la aceleración máxima con la intensidad, debido a que la intensidad está definida en doce grados y la aceleración puede tener prácticamente cualquier valor. Además de que la relación entre estos parámetros es aproximada, no distingue entre el contenido de frecuencias de sismos que producen la misma aceleración máxima del terreno. En la tabla 3 presentamos una relación entre intensidad y aceleración de acuerdo con Münchener (1998), cabe señalar que la relación no está definida uno-a-uno, en cuanto a los intervalos de aceleración e intensidad en la tabla original, además la relación es inversa, es decir un intervalo de aceleraciones puede incluir a uno o más grados de intensidad. Para los fines de este trabajo, esta definición no permite realizar estimaciones, por lo tanto se adaptó tratando de ubicar a los grados de intensidad en el intervalo más probable de aceleraciones. Los valores en porcentaje de daño se toman de la escala (Grünthal, 1998), sin embargo en la escala se mantienen esos valores en intervalos gráficos, ya que dichos valores suelen sobreponerse. Sin embargo, se hace referencia a las cantidades con tres porcentajes básicos descritos por palabras clave: algunas, muchas y la mayoría. Para nuestro caso de interés en esta etapa del estudio es difícil determinar porcentajes con mucha precisión, pero se asigna un rango de valores de 0 a 15 % para el término algunas, un porcentaje de entre 15 y 55% para el término muchas y un rango de entre el 55 y el 100% para el término la mayoría; aunque para una estructura con grado de daño 5 y cantidad descrita por la mayoría, no signifique que el total de este tipo de estructuras ha sufrido colapso.

Tabla 3 Relación entre intensidad, daño y aceleración máxima esperada

CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS MAMPOSTERÍA DE PIEDRA Existen tres tipos principales de construcciones de piedra: las de piedra bruta, las de piedra simple y las de piedra masiva. El comportamiento de cada tipo difriere enormemente de los otros. Piedra Bruta o Piedra Suelta Las construcciones tradicionales de mampostería, utiliza piedras sin recubrimiento,que son el material básico de construcción. Se unen con morteros de baja calidad. Las piedras en este tipo de estructuras pueden ser boleos o piedras no “escuadradas”, que da lugar a edificaciones pesadas y de poca resistencia ante cargas

EMS

Definición Daño Acel. % g

A B C D E F Grado % Grado % Grado % Grado % Grado % Grado % I No sentido 0.0 II Apenas sentido 0.0<-0.15 III Débil 0.15-0.2 IV Ampliamente

Observado 0.5-2

V Fuerte 1 0-15 1 0-15 2-5 VI Levemente

Dañino 1 2

15-55 0-15

1 2

15-55 0-15

1 0-15

5-10

VII Dañino 3 4

15-55 0-15

2 3

15-55 0-15

2

0-15 1 0-15 10-20

VIII Gravemente dañino

4 5

15-55 0-15

3 4

15-55 0-15

2 3

15-55 0-15

2 0-15 20-50

IX Destructor 5 15-55 4 5

15-55 0-15

3 4

15-55 0-15

2 3

15-55 0-15

2 0-15 50-80

X Muy destructor 5 55-100 5 15-55 4 5

15-55 0-15

3 4

15-55 0-15

2 3

15-55 0-15

2 0-15 80-130

XI Devastador 5 55-100 4 5

55-100 15-55

4 5

15-55 0-15

3 4

15-55 0-15

2 1

15-55 0-15

150-200

XII Completamente devastador

Destr. 100 Destr. 100 Destr. casi

100 Destr.

55-100 Destr. 55-100 Destr. 55-100 >200

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laterales. Los pisos son generalmente de madera, a dos aguas, con una viga central de madera que no proporciona rigidez en su plano, para distribuir las fuerzas en los muros. El comportamiento sísmico es malo, debido a que el peso volumétrico de la piedra es alto, lo que genera fuerzas de inercia elevadas. La resistencia de la mampostería a la tensión y al cortante depende de la calidad del mortero; las piedras presentan cantos redondeados que no permiten una adherencia adecuada con el cementante. La combinación de estos factores hacen que la clase de vulnerabilidad asignada para estas construcciones sea la clase A. Los modos de falla típicos son: Falla de muros debido a fuerzas normales a su plano. La falla puede ser flexión fuera del plano que conduzca a volteo o a fallas locales en la unión de los muros dependiendo de la intensidad del movimiento, dichas fallas son similares a las del adobe, una representación esquemática de la falla se tiene en la figura 2a. Otra falla frecuente ocurre por penetración local de las vigas de techo sobre el muro (ver figura 2b). Piedra Simple Las construcciones de piedra simple difieren de las construcciones de piedra bruta, estas se forman mediante piedras labradas con caras planas, lo que mejora la adherencia con el mortero y la resistencia de la estructura. Normalmente a tales edificios se les asigna la clase de vulnerabilidad B; la vulnerabilidad A se asigna cuando la mano de obra es deficiente y las condiciones de mantenimiento son particularmente malas. El sistema de piso no varía mucho respecto al de piedra bruta, generalmente son techos a dos aguas con una viga central. Piedras Masivas Los edificios con muros hechos de piedras muy grandes en la región se usan únicamente en construcciones de monumentos, en grandes edificios cívicos o religiosos. Estos edificios normalmente poseen gran resistencia, que contribuye a un buen comportamiento sísmico, con clase de vulnerabilidad C o incluso D para casos excepcionalmente bien construidos. Sin embargo se debe ser muy cauteloso, ya que con frecuencia pueden clasificarse dentro de este tipo edificios que en apariencia son de piedra maciza como muchas de las iglesias, que se construyeron con muros de adobe gruesos recubiertos por lajas de piedra. Estas construcciones muestran una gran cantidad de daños, debidos a sismos anteriores, lo que ha provocado acumulación de daños a lo largo de la vida de la estructura. Los daños pocas veces son reparados y cuando se reparan, las acciones se limitan a tapar las grietas sin restituir la resistencia sísmica original. Por estas razones en este estudio no se consideran este tipo de estructuras para designar la vulnerabilidad de la ciudad. Los edificios históricos típicos tienen clase B de vulnerabilidad sí no se aprecia daño acumulado, clase A cuando el daño sea evidente y clase C cuando se confirme que los muros del edificio son completamente de piedra maciza sin daños. MAMPOSTERÍA DE ADOBE O TABIQUES DE TIERRA Este tipo de construcciones fue muy usual en esta ciudad, desde hace algunos años se han sustituido por viviendas de mampostería de tabique. Las construcciones de adobe del municipio, se encuentran en los poblados aledaños a la ciudad de Chilpancingo. En la zona de estudio representan el 9 % de las construcciones de este tipo. Los métodos de construcción y refuerzo del adobe son muy variados (Valencia, 1981), esto añade variaciones en la resistencia sísmica. A continuación se hace una discusión de los tipos de estructuras de adobe, tomando en cuenta las fallas típicas debido a problemas en su configuración y refuerzo.Las estructuraciones típicas de construcciones de adobe en la zona son: adobe sin refuerzo, adobe con refuerzo de concreto, adobe con alma de carrizos o cañas conocido como bajareque. Existen otros tipos de refuerzos para el adobe que no se emplean en la zona de estudio como el adobe con refuerzo de madera y el adobe reforzado con tirantes de acero. Adobe sin Refuerzo Este es el tipo de construcción tradicional de las casas de adobe donde los muros se encuentran hechos por bloques de adobe y unidos por el mismo material. Las características de estas viviendas son una planta

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rectangular de 30 a 40 m2 de superficie de un sólo nivel, dos muros de carga alargados y con pocos muros divisorios, sistemas de piso generalmente flexibles a una o dos aguas sostenidos mediante incipientes armaduras de techo, pueden estar recubiertos, en general por tejas de barro o láminas de asbesto ó metálicas, y raramente por losas macizas de concreto reforzado. Este tipo de configuración presenta muros muy rígidos de comportamiento frágil y con poca resistencia, el sistema de piso que no permite redistribuir las fuerzas laterales. Las fallas típicas que se presentan en este tipo de estructuras son:

1. Flexión fuera del plano de los muros (ver figura 2a). 2. La de punzonamiento sobre el muro debido a la presencia de la viga (ver figura 2b). 3. El agrietamiento en las uniones de los muros por el comportamiento en forma independiente debido

al diafragma flexible. 4. Además se pueden generar daños a los ocupantes sí el sistema de techo se colapsa hacia el interior de

la estructura (ver figura 2c). La resistencia de estos muros se puede mejorar si se aumenta la calidad del mortero, sin embargo el aumento no es significativo. Sí se aumenta la calidad en los adobes también se incrementa la resistencia pero el aumento es aún menor (Valencia, 1981). Las principales características se mencionan en Valencia (1981). Cuando se encuentran diafragmas rígidos como sistema de piso se favorece un comportamiento en conjunto de los muros, sin embargo, el incremento de las fuerzas inerciales debido a la presencia de la losa puede ser más grande que el incremento en resistencia lateral. Lo anterior indica que la clase A de vulnerabilidad es la más probable en estas construcciones.

Figura 2 Modos de Falla Típicos en Estructuras de Mampostería Adobe con Refuerzo de Concreto Este tipo de estructuras es común en la zona de estudio, generalmente se presenta cuando existen remodelaciones del edificio, por daños debidos a sismos previos. El refuerzo consiste en la instalación de castillos en la unión de los muros y una dala perimetral, ver la figura 3a (Valencia, 1981). Este tipo de adobe reforzado es el que presenta el mejor comportamiento, ya que tiene elementos de liga que permiten el comportamiento de los muros en conjunto. En ocasiones además se coloca una losa maciza de concreto lo que mejora notablemente su comportamiento (ver figura 3b). La clase de vulnerabilidad B es la más adecuada para el refuerzo típico y la clase C se deja para cuando al refuerzo se le ha agregado la losa de concreto que funciona como un diafragma rígido.

Figura 3 Refuerzo de Muros de Adobe con Concreto

a) b) c)

a) b)

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Bajareque Este tipo de construcciones puede compararse con las encontradas en Europa y clasificadas como “enrejilladas y embadurnadas”, donde marcos de madera se llenan con tablillas cubiertas de arcilla. No hay construcciones de bajareque nuevas en la zona en estudio debido a su comportamiento deficiente en sísmos anteriores. Dentro de la ciudad hay algunas de éstas contrucciones y su análisis resulta interesante ya que en el municipio representan el 3.7 % del total. Este tipo de estructuras en forma de palapa (ver figura 4a), se forman por cuatro elementos verticales que se hincan al suelo directamente y por elementos horizontales o largueros que se ligan perimetralmente formando marcos de madera sobre los que descansa el techo que generalmente es de palmera y a cuatro aguas. Los muros de estas estructuras se forman mediante el tejido de varas o cañas conocidas como venas (ver figura 4b) las cuales se recubren con lodo. Estas estructuras ligeras y flexibles con buen mantenimiento resisten los sismos de manera adecuada. Su peor enemigo es el intemperismo, debido a que las bases de los horcones pueden podrirse y quebrarse ante un evento sísmico; otro posible punto de falla es la unión deficiente entre los elementos verticales y horizontales. Por lo anterior y debido a que en Chilpancingo el grado de intemperismo es elevado, la clase de vulnerabilidad A es la más probable; sin embargo, sí el mantenimiento es muy bueno puede considerarse adecuada la clase de vulnerabilidad B.

Figura 4 Vivienda de Adobe conocida Bajareque ESTRUCTURAS CON PIEDRAS MANUFACTURADAS Actualmente los materiales que más se emplean en los muros de viviendas urbanas o semi-urbanas son los ladrillos de barro recocido y los bloques de concreto, fabricados localmente en forma artesanal. La calidad de estos materiales es muy variable según los suelos y los procedimiento de fabricación que se usen, pero casi siempre es bastante pobre. Los morteros con que se unen son por lo general de baja calidad y con frecuencia son únicamente de cal y arena. Las construcciones de estos materiales son usualmente de dimensiones menores que las de adobe, especialmente en lo que se refiere a la altura de los muros, los techos son del mismo tipo de los descritos para casas de adobe y también de losa de concreto o de lámina de asbesto o zinc. Usualmente este tipo de construcciones también es de auto-construcción sin asesoría profesional. No Reforzada de Tabique (o Bloques de Concreto) Con frecuencia en las construcciones antiguas de este tipo la resistencia ante sismos se logra con un buen traslape de los muros. La clase de vulnerabilidad B es la más probable. Sólo si el traslape en las esquinas de los muros es deficiente la clase de vulnerabilidad será A. En algunas zonas de la ciudad las estructuras de este tipo cuentan con buena calidad de ejecución y materiales de calidad.

a) b)

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No Reforzada con Muros de Tabiques ( o Bloques de Concreto) y Pisos de Concreto Reforzado

El tipo de construcción donde los muros son de tabique no reforzado con losas de concreto reforzado, se comportarán significativamente mejor que las construcciones de tabique sin refuerzo con pisos de madera. Sí los muros se conectan a la losa de piso dalas de cerramiento formando anillos, se crea un sistema que reduce efectivamente el riesgo de falla fuera del plano de los muros.Cuando la estructura esté bien conectada, la vulnerabilidad probablemente sea de clase C; irregularidades en elevación y en planta pronunciadas aumenta considerablemente la vulnerabilidad, también sí se tiene una unión deficiente entre muros y la losa la clase de vulnerabilidad será B. Tabiques Reforzados y Mampostería Confinada Bajo este título se encuentran varios sistemas estructurales en los que se han hecho esfuerzos significativos para mejorar su desempeño. La mampostería reforzada interiormente con varillas de acero en los huecos o entre las hiladas de mampostería de tabique es un material compuesto de alta resistencia y ductilidad. La mampostería confinada entre columnas y vigas estructurales, proporciona un nivel similar de resistencia de la mampostería reforzada interiormente. Otro sistema eficiente es conocido como mampostería con refuerzo externo, donde los muros se refuerzan con una malla exterior recubierta de concreto; si el mortero es débil la vulnerabilidad aumenta. Los sistemas mencionados anteriormente presentan un excelente comportamiento siendo la clase D la más probable; sí es evidente una buena calidad en la construcción la clase es E; la clase C que es muy poco probable se limita a construcciones con bajo nivel de ejecución, con irregularidades en planta o elevación. La más empleada es en la región es la mampostería confinada cuyo comportamiento depende en gran medida de la separacion de los castillos o columnas. ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO Este tipo de construcciones varía ampliamente en apariencia, diseño y resistencia; por lo cual resulta difícil presentar una guía simple de clasificación. En la Tabla de Vulnerabilidad se ha hecho una división basada en el nivel de diseño sismo-resistente. Estructuras de Marcos de Concreto Reforzado El sistema estructural consiste de vigas y columnas que forman marcos acoplados por uniones viga-columna monolíticas resistentes a momento y a cortante. El comportamiento de este sistema estructural lo determina la relación de aspecto y resistencia entre las columnas y vigas. Es deseable que la estructura tenga un comportamiento dúctil denomiado columna fuerte viga débil. Se debe evitar comportamientos diferentes en las direcciones transversal y longitudinal. Los marcos de concreto reforzado deben considerase como el tipo de estructura con la mayor dispersión en resistencia sísmica. Esta amplitud se debe a que algunas de estas estructuras tienen una clase de vulnerabilidad similar a las del adobe y otras una clase de vulnerabilidad similar a las de acero. La posible interacción entre marcos de concreto reforzado y muros divisorios frágiles pueden incrementar la vulnerabilidad del sistema Deben evitarse discontinuidades o defectos como los de “columna corta”, o el denominado “planta baja flexible”, debido a que fomentan la falla frágil por cortante en columnas. Cuando estos defectos se presenten hay que asumir un comportamiento debajo de la clase de vulnerabilidad más probable; se pueden lograr grandes ductilidades con este sistema estructural si el detallado es adecuado. En Chilpancingo generalmente estos edificios cuentan con moderado nivel de diseño sismo-resistente, por lo tanto podemos pensar que la clase de vulnerabilidad D es la más probable, con variaciones desde B hasta E. De acuerdo con la Escala Macrosímica Europea, para estructuras sin diseño sismo-resistente la clase C es la más probable, aunque puede tomar valores menores por malas configuraciones; sí la estructura está muy bien configurada se le puede asignar la clase D. Estructuras con un diseño sismo-resistente moderado tienen la clase de vulnerabilidad D como la más probable. En estructuras con alto nivel de diseño sismo-resistente, el diseño debe contener criterios antisísmicos, y contar con una buena supervisión, la clase de vulnerabilidad más probable será la E.

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Estructuras de Muros de Concreto Reforzado La vulnerabilidad de estas construcciones depende de las aberturas y discontinuidades de los muros, de la forma geométrica del edificio, y también de cambios de rigidez y resistencia Sí los muros no están ubicados con regularidad, los efectos torsionantes pueden contribuir a la falla del sistema. Los muros de concreto reforzado tienen un rango menor de las clases de vulnerabilidad. De acuerdo con la Escala Macrosimica Europea, en estructuras sin diseño sismo-resistente la clase de vulnerabilidad más probable es la C, aunque puede tomar valores mayores caundo la configuración es muy buena, y la clase de vulnerabilidad será D; sólo si la estructura está muy mal configurada se le podría asignar una clase de vulnerabilidad B. Sí la estructura cuenta con un nivel moderado de diseño sismo-resistente, la clase de vulnerabilidad D es la más probable, estructuras muy bien configuradas y construidas, se clasificarán como vulnerabilidad clase E, es muy poco probable encontrar estructura con un nivel moderado de diseño sismo-resistente con deficiencias serias que hagan clasificarlas como vulnerabilidad clase C. Estructuras con un alto nivel de diseño sismo-resistente, debe diseñarse con criterios antisísmicos, métodos constructivos y supervisión calificados, en dichas estructuras la clase de vulnerabilidad más probable es la E. ESTRUCTURAS DE ACERO Bajo este título se discuten edificios para los cuales el principal sistema estructural lo proporcionan los marcos de acero. Se tienen indicios de buen comportamiento sísmico cuando las conexiones son dúctiles; sin embargo, el daño estructural puede, ocultarse por elementos no estructurales tales como recubrimiento antioxidante para el acero, por muros divisorios o por el concreto agregado en sistemas compuestos. En tales casos, el daño en los nodos de los marcos será visible retirando el recubrimiento del concreto. Al asignar la clase de vulnerabilidad apropiada, deben tomarse en cuenta los sistemas rigidizantes así como también el tipo de conexiones. La ductilidad del sistema completo se determina por el sistema de rigidez lateral, el tipo de marcos y la clase de arriostramiento. Para edificios de acero sin medidas especiales antisísmicas o diseño sismo-resistente, la clase de vulnerabilidad probable es la D. Sí los arriostramientos empleados afectan las columnas deben representarse por una clase de vulnerabilidad C. En la mayoría de los casos de marcos momento-resistentes, marcos con muros de cortante de concreto, o marcos con excentricidad o arriostramiento proporcionan suficiente resistencia lateral y aseguran un comportamiento dúctil. Se puede considerar que la clase de vulnerabilidad más probable es la E. En caso de una mejora en el nivel de Diseño sismo-resistente la clase de vulnerabilidad que puede ser considerada como la más probable es la F. Estas estructuras en Chilpancingo por lo general tienen un nivel de diseño moderado, lo que permite asignarles una clase de vulnerabilidad E. ESTRUCTURAS DE MADERA La flexibilidad inherente de las construcciones de madera les proporciona una alta resistencia contra el daño, aunque esto pueda variar considerablemente en función de su estado de mantenimiento. Uniones flojas o maderas podridas pueden hacer a una estructura totalmente vulnerable al colapso. Sí las vigas y las columnas están conectadas por placas clavadas o sí éstas conexiones son débiles, la estructura fallará cuando fallen las conexiones. Este tipo de estructuras de madera está representado comúnmente por la clase de vulnerabilidad C. La ductilidad de las estructuras de madera depende de la ductilidad en las conexiones. Las estructuras de madera presentes en la zona en estudio, son muy diferentes a las estructuras que se refiere la escala, ya que la escala asume mejores caracteriasticas en estas construcciones, tanto, que las compara con las estructuras de acero. En Chilpancingo, las estructuras de madera normalmente son de otras características, con techumbres ligeras y flexibles. Son estructuras en donde se han invertido menores recursos y por ello no cuentan con asesoría técnica que promuevan el comportamiento dúctil de este sistema. Las maderas que se emplean, con frecuencia son maderas blancas y suaves o duras y con muchos defectos; dichas maderas no tienen ningún tratamiento especial para evitar la putrefacción ni el ataque de insectos. Las uniones en general son poco rígidas y con frecuencia son el punto de falla de la estructura. El intemperismo es su peor y más frecuente enemigo. Las estructuras mencionadas, con frecuencia tendrán un comportamiento similar a las casas de adobe o incluso peor, por lo tanto podemos emplear una clase de vulnerabilidad B para las que tengan buen mantenimiento y clase A para las que su mantenimiento sea malo.

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VULNERABILIDAD Los datos anteriores se resumen en la tabla 4, que relaciona las estructuras presentes en Chilpancingo y la clase de vulnerabilidad de las estructuras. El significado de las clases de vulnerabilidad se presentó en la tabla 1, las literales significan: X la clase de vulnerabilidad más probable, p el rango probable, e el rango excepcional.

Tabla 4 Tipos de estructura y clase de vulnerabilidad

Tipo de estructura A B C D E F

Piedra bruta o piedra suelta X Piedra Simple (labrada) e X Piedra Piedras Masivas (monumentos) p X e Adobe sin refuerzo X Adobe con refuerzo de madera p X Adobe con refuerzo de concreto X p Adobe con refuerzo de tirantes de acero p X

Adobe

Adobe con alma de carrizos o cañas, Bajareque X e Tabique no reforzados/ Bloques de concreto p X e Tabiques no reforzados con pisos de concreto reforzado p X Tabique Tabiques reforzados y mampostería confinada e X p Marcos sin Diseño Sismo Resistente (DSR) p X e Marcos con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) p X p Marcos

Marcos con alto nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) p X P Muros sin Diseño Sismo Resistente (DSR) e X p Muros con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) e X p Muros Muros con alto nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) e X P

Estructuras de acero Estructuras de acero p X P

Estructuras de madera Estructuras de madera X p

Base de Datos Con la base de datos de Chilpancingo (Juárez y otros, 2001), se puede determinar el número de estructuras dañadas en la zona de estudio. Basados en los 3 escenarios de riesgo y sus aceleraciones máximas esperadas. Se hace una descripción de la vulnerabilidad en las estructuras, tomando la clase de vulnerabilidad, con mayor probabilidad, es decir la que está marcada con X en la tabla 4. Asignamos los valores máximos del rango. De acuerdo con la combinación de las tablas 2 y 3, de esta forma se presentan los diferentes escenarios, que se presentan a continuación: Escenario I, la intensidad máxima considerada es VII Escenario II, la intensidad máxima considerada es VIII Escenario III su máximo valor de la intensidad considerada es IX . Es importante señalar que la zona en estudio fue censada y que el número de estructuras incluidas es de 1306. La distribución de estructuras se muestra en la tabla 5, así como la clase de vulnerabilidad asignada.

Tabla 5 Número de estructuras en la zona de estudio y clase asignada

Tipos de estructura Número Clase asignada

Adobe sin refuerzo 53 A

Adobe con refuerzo de concreto 67 B

Adobe con alma de carrizos o cañas, Bajareque 2 A

Tabique no reforzados/ Bloques de concreto 15 B

Tabiques no reforzados con pisos de concreto reforzado 13 C

Tabiques reforzados y mampostería confinada 1024 D

Marcos sin Diseño Sismo Resistente 25 C

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Marcos con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente 15 D

Muros sin Diseño Sismo Resistente 12 C

Muros con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente 25 D

Estructuras de acero 7 E

Estructuras de madera 6 A

Otros 42 A

Total 1306 Las definiciones de los patrones de daño que presenta cada grado se muestran en las figuras 5 y 6,

Figura 5 Grados de Daño Típicos en Estructuras de Mampostería

Figura 6 Grados de Daño Típicos en Estructuras de Concreto Considerando el parámetro de aceleración máxima del terreno, en Chilpancingo las estructuras, se asume que se van a comportar como se muestra en las tablas 6 a 8.

Tabla 6 Estructuras dañadas debido a la Fuente I

Tipo de estructura Número Clase Grado de daño

Fuente I 1 2 3 4 5

Adobe sin refuerzo 53 A 29 8 Adobe con refuerzo de concreto 67 B 37 10 Adobe con alma de carrizos o cañas, Bajareque 2 A 1 Tabique no reforzados/ Bloques de concreto 15 B 8 2 Tabiques no reforzados con pisos de concreto reforzado 13 C 2 Tabiques reforzados y mampostería confinada 1024 D 154 Marcos sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 C 4 Marcos con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 15 D 2 Muros sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 12 C 2 Muros con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 D 4 Estructuras de acero 7 E Estructuras de madera 6 A 3 1 Otros 42 A 23 6

1306 160 53 68 15

Grado 1 Grado 2 Grado 3 Grado 4 Grado 5

171


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Tabla 7 Estructuras dañadas debido al la Fuente II


Fuente II 1 2 3 4 5

Adobe sin refuerzo 53 A 29 8 Adobe con refuerzo de concreto 67 B 37 10 Adobe con alma de carrizos o cañas, Bajareque 2 A 1 Tabique no reforzados/ Bloques de concreto 15 B 8 2 Tabiques no reforzados con pisos de concreto reforzado 13 C 7 2 Tabiques reforzados y mampostería confinada 1024 D 154 Marcos sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 C 14 4 Marcos con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 15 D 2 Muros sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 12 C 7 2 Muros con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 D 4 Estructuras de acero 7 E Estructuras de madera 6 A 3 1 Otros 42 A 23 6

1306 0 188 53 68 15

Tabla 8 Estructuras dañadas debido al la Fuente III


Fuente III 1 2 3 4 5

Adobe sin refuerzo 53 A 29 Adobe con refuerzo de concreto 67 B 37 10 Adobe con alma de carrizos o cañas, Bajareque 2 A 1 Tabique no reforzados/ Bloques de concreto 15 B 8 2 Tabiques no reforzados con pisos de concreto reforzado 13 C 7 2 Tabiques reforzados y mampostería confinada 1024 D 563 154 Marcos sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 C 14 4 Marcos con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 15 D 8 2 Muros sin Diseño Sismo Resistente (DSR) 12 C 7 2 Muros con moderado nivel de Diseño Sismo Resistente (DSR) 25 D 14 4 Estructuras de acero 7 E 1 Estructuras de madera 6 A 3 Otros 42 A 23

1306 0 586 188 53 68

CONCLUSIONES

El número de habitantes en las estructuras se puede considerar constante; de acuerdo con el INEGI, el número de habitantes promedio en Chilpancingo es de 4 (INEGI,2000); cuando una estructura llega al grado de daño 3, debe desalojarse para dar lugar a un proceso de reparación, esto implica albergues temporales para el número de personas afectadas. Cuando una estructura alcance el grado de daño 5, daño grave hasta colapso total, que puede significar habitantes sin vivienda, un buen número de personas que necesitarán hospitalización, decesos, y equipos de urgencias y rescates en estas edificaciones con daño 5. Los habitantes cuyas viviendas han sido destruidas necesitarán de programas para la reconstrucción o reemplazo de estas Para los grados de daño 1 y 2, puede decirse que los ocupantes de las viviendas sufrieron una afectación moderada, que no implica que se les considere en un programa de apoyo especial. Del grado de daño 3 en adelante, los habitantes se pueden considerar como damnificados. Para obtener los grados de daño inferiores, en este trabajo se distribuye el daño, suponiendo concentraciones de daño mayores en los grados más bajos.

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Para la Fuente I, el grado de daño máximo es el grado 4. Solamente las estructuras de acero con clase de vulnerabilidad E no presentarán ningún tipo de daño, a menos que estas tengan defectos en los conceptos básicos de estructuración; las demás estructuras en menor o mayor cantidad sufrirán algún grado de daño. En la tabla 6, se muestran las cantidades correspondientes a los grados de daño probables. Por ejemplo las estructuras de adobe sin refuerzo que presentan un grado de daño 4 son 8, las que presentan grado de daño 3 son 29, pero eso no quiere decir que sean las únicas estructuras dañadas, por el contrario el que haya grados de daño altos hace pensar que un gran número de estructuras sufrirán daños, pero de menor grado. Basándonos en esas suposiciones, en la Fuente I se espera:158 estructuras afectadas que involucra aproximadamente a 632 personas; 83 estructuras damnificadas, de acuerdo con los párrafos anteriores, con un total de 332 personas afectadas, alrededor de 10 estructuras destruidas, aproximadamente 5 colapsos, dejando 40 personas afectadas, que necesitarán equipos de emergencia especializados, hospitalización y albergues temporales. Estimamos que habrá más de 600 personas que necesitarán albergue y servicios médicos; después de realizar una inspección, 300 de ellas podrán regresar a sus hogares, con la recomendación de realizar reparaciones. El resto, 300 personas aproximadamente, debe proporcionárseles albergue por más tiempo, mientras se reparan sus viviendas, 40 esperarán a que se les construya un nuevo hogar. Debido a la Fuente II esperamos: un grado de daño máximo de 5 en estructuras clase A.; 363 estructuras afectadas que involucra a 1452 personas a las que debe proporcionar albergue como medida preventiva; 146 estructuras dañadas con un total de 584 personas damnificadas, 83 estructuras con daño grave, alrededor de 50 colapsos. El evento dejará 332 personas sin vivienda que esperarán a que se les construya un nuevo hogar; después de inspeccionar, 850 afectados podrán regresar a sus casas, con la recomendación de repararlas. A las otras 600 debemos proporcionárseles albergue por más tiempo mientras se reparan sus viviendas. Para la Fuente III esperamos el grado de daño máximo de 5 en estructuras clase A y B; habrá 956 estructuras afectadas que involucra a 3824 personas a las que debe darse albergue como medida preventiva, 333 estructuras dañadas con un total de 1332 personas, 130 estructuras con daño grave, alrededor de 50 colapsos, dejando 520 personas sin vivienda que esperarán a que se les construya una nueva después de realizar una inspección, 2500 afectados podrán regresar a sus casas, con la recomendación de repararlas; a las otras 1300 debemos proporcionárseles albergue por más tiempo mientras se reparan sus viviendas. Estas estimaciones se realizaron suponiendo un número de 4 habitantes por estructura, se debe mencionar que en algunos casos las estructuras de esta zona son de uso comercial, de vivienda y de servicio, que podría esperarse que la concentración de personas podría ser mayor. Asimismo, cabe señalar que este es el inicio del proyecto de vulnerabilidad sísmica de la ciudad de Chilpancingo, donde se incluirá un censo de vivienda que abarque la zona urbana de Chilpancingo, y al considerar diferentes metodologías de estimación de daños y de intensidades se podrán refinar estos datos, y lograr mapas de vulnerabilidad que ayuden a mitigar los daños esperados en futuros eventos sísmicos. Como conclusión, tomando en cuenta nuestra hipótesis de que a las estructuras con grado de daño 2 podemos considerarlas como afectadas por el sismo, tenemos 956 estructuras afectadas de las 1306 totales en la zona de estudio, que representan el 73%. Este elevado porcentaje indica que debemos dirigir nuestros esfuerzos en tratar estimar de mejor manera las consecuencias de los sismos y abatir la vulnerabilidad de la zona mediante recomendaciones a las autoridades responsables.

Referencias y Bibliografía Gómez-Bernal, A., Juárez, H., Corona, M., (1999), “Peligro sísmico en Chilpancingo”, Memorias del XII congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, volumen II, Morelia Mich., Noviembre, (pp. 100–109). Juárez, H., Arellano, E., Gómez-Bernal, A., Gama, A., (2001), “Caracterización de las estructuras en Chilpancingo”, Memorias del XIII congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, Guadalajara Jal., Noviembre. Grünthal, G. (1998), “European Macroseismic Scale 1998”, Cahiers de Centre Europeen de Géodynamique et de Séismologie, volume 15, Luxemburgo. Valencia, E., (1981), “Eficiencia de sistemas de refuerzo de vivienda económica situada en zonas sísmicas”, Tesis de Lucenciatura, México D.F., (pp. 1-60). Münchener, R. (1998), “World Map of Natural Hazards”, Munchen. INEGI, (2001), “Tabulados básicos y por entidad federativa base de datos y tabulados de la muestra censal”, XII Censo Nacional de Población y Vivienda 2000, INEGI, México.

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