TerremotosCuando la Tierra tiembla

TerremotosCuando la Tierra tiembla

COLECCIÓNDIVULGACIÓN

Madrid, 2009

José BadalAlex H. BarbatJosep Batlló Elisa Buforn Antoni M. CorreigSara Figueras Mariano García FernándezMaría José Jiménez Carlos López-Casado Albert MacauJosé Manuel Martínez SolaresRamón OrtizLuis G. Pujades Carlos Sanz de GaldeanoEmma SuriñachAgustín UdíasArantza Ugalde (coord.)Francisco VidalJosep Vila

Con la COLECCIÓN DIVULGACIÓN, el CSIC cumple uno de sus principales objetivos: proveer de materiales rigurosos y divulgativos a un ampliosector de la sociedad. Los temas que forman la colección responden a la demanda de información de los ciudadanos sobre los temas que más les afectan:salud, medio ambiente, transformaciones tecnológicas y sociales… La colección está elaborada en un lenguaje asequible, y cada volumen está coordi-nado por destacados especialistas de las materias abordadas.

COMITÉ EDITORIAL

Pilar Tigeras Sánchez, DirectoraBeatriz Hernández Arcediano, SecretariaMiguel Ángel Puig-Samper MuleroAlfonso Navas SánchezGonzalo Nieto FelinerCuca Viamonte TortajadaJaime Pérez del ValRafael Martínez CáceresCarmen Guerrero Martínez

Catálogo general de publicaciones oficialeshttp://www.060.es

Primera edición: 2009

© CSIC, 2009© José Badal, Alex H. Barbat, Josep Batlló, Elisa Buforn, Antoni, M. Correig, Sara Figueras, Mariano García Fernández, María José Jiménez, Carlos López-Casado,

Albert Macau, José Manuel Martínez Solares, Ramón Ortiz, Luis G. Pujades, Carlos Sanz de Galdeano, Emma Suriñach, Agustín Udías, Arantza Ugalde(coord.) Francisco Vidal y Josep Vila, 2009

© Los Libros de la Catarata, 2009

Reservados todos los derechos por la legislación en materia de Propiedad Intelectual. Ni la totalidad ni parte de este libro, incluido el diseño de la cubierta puedereproducirse, almacenarse o transmitirse en manera alguna por medio ya sea electrónico, químico, mecánico, óptico, informático, de grabación o de fotocopia, sinpermiso previo por escrito de la editorial. Las noticias, asertos y opiniones contenidos en esta obra son de la exclusiva responsabilidad del autor o autores. La editorial, por su parte, sólo se hace responsabledel interés científico de sus publicaciones.

ISBN (CSIC): ISBN (Catarata): NIPO: Depósito legal:

En esta edición se ha utilizado papel ecológico sometido a un proceso de blanqueado ECF, cuya fibra procede de bosques gestionados de forma sostenible.

CONSEJO ASESOR

Javier Martínez de SalazarJosé Manuel Prieto BernabéCarlos Duarte QuesadaFernando Hiraldo CanoMariano Sánchez GarcíaUxío Labarta FernándezMariano Laguna CastrilloLuis Calvo CalvoPía Paraja García

as catástrofes sísmicas forman parte de los desastres naturales cuyo impactosobre la humanidad crece. El aumentode los daños causados por terremotos se debe, fundamentalmente, alcrecimiento de la población y a suorganización en grandes conurbacioneslo que implica la construcción deedificios e infraestructuras vulnerablesen zonas con amenazas sísmicassignificativas. El riesgo sísmicocuantifica la probabilidad de pérdidapor causa sísmica y a él contribuyen laprobabilidad de ocurrencia del sismo,los bienes expuestos, su vulnerabilidad y su valor socioeconómico. Losescenarios de daño sísmico reproducenla situación catastrófica y de emergenciaque es esperable en una región o ciudadconcreta y son herramientas básicaspara la prevención, mitigación y gestióndel impacto de los terremotos en la

sociedad. En este capítulo se introducenlos conceptos de vulnerabilidad y riesgosísmico, se describen métodos y técnicasavanzadas para el diseño de escenariosde impacto sísmico y se describe laaplicación de estas técnicas al análisis dedos escenarios sísmicos en la ciudad deBarcelona, incluyendo la estimación delnúmero de víctimas, de personas sinhogar y del coste económico.

La vida

Aunque no sin controversia, se aceptaque el origen de la vida en la Tierraocurrió hace 2.700 millones de años,aunque hallazgos recientes podríansituarlo hace 3.500 millones de años.Los primeros homínidos aparecen hace6 ó 7 millones de años; pero losprimeros fósiles del Homo sapiens se

LLUIS G. PUJADES Y ALEX H. BARBAT

13. Escenarios de impactosísmicoVulnerabilidad y riesgo sísmicos

L

145

originan hace sólo 200.000 años. Desdeentonces el hombre ha ido tomandoposesión de la Tierra, reproduciéndosey mejorando las condiciones de vida.Según el Population Reference Bureau(PRB, 2006), en los años cincuenta delsiglo XX la esperanza de vida en paísescomo China, Vietnam, Honduras yKenia era de 40 años. Al inicio del sigloXXI la esperanza de vida en China,Vietnam y Honduras ya es de más de70 años, mientras que en Kenya, elimpacto del virus del Síndrome deInmuno-Deficiencia Adquirida (SIDA)durante los últimos 25-30 años haceretroceder el crecimiento de laesperanza de vida experimentado entrelos años 50 y 70, hasta cifrascomparables a las de los años cincuenta.En la actualidad se estima que sólo el58% de la población mundial tieneacceso a unas condiciones adecuadas desalubridad e higiene. Existen grandesdesigualdades. En Suecia la esperanza

de vida en los años cincuenta ya era de70 años y actualmente está por encimade los 80. En los países en vías dedesarrollo, sólo entre la cuarta parte y lamitad de la población tiene acceso amejoras en sus condiciones desalubridad mientras que en lassociedades desarrolladas el 92% de lapoblación rural y el 100% de lapoblación urbana disfruta decondiciones adecuadas. Durante el sigloXX, la población de nuestro planeta hasufrido un aumento colosal, pasando delos 1.600 millones de habitantes en elaño 1900 a los 6.700 millones en el año2008. Las proyecciones de la evoluciónde la población en el mundo predicenuna población de entre 9.000 y 9.500millones para el año 2050. La figura13.1 muestra los ritmos de crecimientode la población mundial y suproyección a medio plazo. Por otraparte, el 70% de los 510 millones dekm2 de la superficie terrestre se hallaocupado por los mares, de forma que elárea de los continentes es del orden de153 millones de km2. Un sencillocálculo nos indica que, suponiendo unadistribución homogénea de la poblaciónsobre la superficie no inundada delplaneta, la densidad de población actualsería de más de 43 habitantes por km2.Pero el hombre es un ser social quetiende a agruparse en lugares concondiciones medioambientalesfavorables, estableciendo susasentamientos, poblaciones y ciudades

146

Figura 13.1. Evolución de la población

mundial en nuestra era y proyección hacia

el 2050.

Fuente: PRB, 2008.

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Año

10,0

1,0

Nº

hab

itan

tes

(mile

s d

e m

illo

nes

)

Población mundial.

Detalle evolución/proyección

Tabla 13.1. Las diez megaciudades más

importantes del mundo.

Fuente: Th. Brinkhoff: The Principal Agglomerations of the

World, 2006.

en valles y costas con climas templadosy abundante agua. El desarrollotecnológico, industrial y cultural de lahumanidad ha conllevado también elfenómeno de la emigración de loshabitantes de países pobres hacia paísesdesarrollados y de la población ruralhacia grandes urbes y megaurbes dondeexisten más medios y mejor calidad devida. El término mega-urbe define unárea metropolitana, formada por una o más conurbaciones, con unapoblación de más de 10 millones depersonas y, según algunos autores,también con una densidad mínima de población de 2.000 hab/ km2.

En el año 1950 sólo Nueva Yorkcumplía ambos requisitos, pero en 1985había ya 9 megaciudades. A principiosdel año 2004 había ya 19 y 25 a finalesdel año 2005. El área metropolitana deTokio es la mayor conurbación delmundo; esta formidable aglomeraciónurbana incluye las áreas de influencia de las ciudades de Yokohama y Kawasakiy se estima que tiene una población deentre 30 y 34 millones de habitantes,dependiendo de la definición demegaurbe que se tome y de las áreasurbanas que se considere que lacomponen. La tabla 13.1 muestra las 10 principales megaciudades del mundo.

También se consideran megaurbeslas ciudades de Beijing, Buenos Aires,El Cairo, Dhaka en Bangladesh,Estambul, Jakarta, Karachi, Calcuta,Lagos, Londres, Manila, Moscú, Río

de Janeiro, Censen en el sur de China,y Teherán. Las proyecciones de lasNaciones Unidas prevén unadisminución en el ritmo de emergenciade nuevas megaciudades, pero laexpansión y fusión de grandes áreasurbanas continuará siendo unatendencia importante. Es en estecontexto de macro-crecimiento yurbanización donde hay que enmarcarcualquier estudio de riesgo. Nuestroplaneta es, sin duda, bello, acogedor y generoso, pero no es ilimitado ytampoco está exento de importantesamenazas de diversa índole. Elhistoriador norteamericano Will Durant,en su famosa obra Historia de lasCivilizaciones, describió de forma crudalas consecuencias de las incertidumbresdel potencial destructivo de la Tierra: “La civilización existe con el permisogeológico, y éste se halla sujeto a cambiosin previo aviso”.

147

CIUDAD PAÍS POBLACIÓN (millones de habitantes)

Tokio Japón 30-34

Ciudad de México México 22,8

Seúl Corea del Sur 22,3

New York Estados Unidos 21,9

Sao Pablo Brasil 20,2

Bombay India 19,9

Delhi India 19,7

Shangai China 18,2

Los Ángeles Estados Unidos 18

Osaka Japón 16,8

Figura 13.2. Distribución de las catástrofes

naturales en el mundo durante el periodo

comprendido entre los años 1970 y 2005 .

Fuente: EM-DAT, 2009.

fenómenos, principalmente de tipoatmosférico, posiblemente relacionadoscon el cambio climático y, por otra parte,a la invasión masiva del territorio. Cadavez más los fenómenos con capacidaddestructiva ocurren en zonas extensa ydensamente pobladas. Aquí centramosnuestro análisis en el impacto de losterremotos. En la figura 13.2 se observacómo los terremotos constituyen el 9% delas catástrofes naturales. Con todo, losgrandes terremotos tienen unascaracterísticas específicas que los hacenparticularmente temibles: sonimprevisibles, súbitos, casi instantáneos y,a su paso, normalmente en unas pocasdecenas de segundos, dejan destrucción ymuerte.

Las causas de este incremento de lascatástrofes naturales, en general, suelenasociarse a los efectos de la actividadhumana en el medio ambiente y, enparticular, en lo referente a fenómenosatmosféricos, al cambio climáticoproducido por el calentamiento globaldel planeta por causa del volcadointensivo a la atmósfera de gases dedióxido de carbono, producidos por la

Catástrofes naturales y terremotos

El número de catástrofes naturales creceaño tras año y, con ellas, aumentan susconsecuencias en costes de vidas humanasy en valor económico. Cada año existenmás datos y de mejor calidad sobre elregistro y seguimiento de las catástrofesnaturales tanto en lo que se refiere a sunaturaleza, como a sus costes. LaUniversidad Católica de Lovaina enBélgica alimenta y mantiene una excelentebase de datos (EM-DAT, 2008) sobretodo tipo de desastres incluyendo losproducidos por la naturaleza y los deorigen antrópico. Entre las principalescatástrofes naturales se hallan lasinundaciones, las tormentas de viento,incluyendo huracanes y tornados, lasepidemias, los terremotos y tsunamis, losdeslizamientos, las sequías, las olas de calory de frío, los incendios forestales, los

148

Inundaciones avenidas 31%

Tormentas de viento 27%

Plagas 1%Vólcanes 2%

Temperaturas extremas 3%

Sequías 8%

Deslizamientos 5%

Terremotos y tsunamis 9%

Epidemias 11%

Incendios forestales 3%

volcanes y las plagas. La figura 13.2muestra la frecuencia de ocurrenciarelativa de estas catástrofes entre los años1970 y 2005.

La figura 13.3 muestra la evolucióntemporal del número de catástrofesnaturales durante el siglo XX. Se observaun crecimiento exponencial (lineal en laescala semilogarítmica del gráfico) delnúmero de catástrofes naturales. Unaparte de este incremento se halla en lacapacidad de detectar, documentar yregistrar los hechos catastróficos, queaumenta con la mejora de los sistemas deinformación y documentación.Actualmente ninguna catástrofe pasainadvertida. Esto no era así a principios o,incluso, a mediados del siglo XX. Peroparece existir también un aumentoobjetivo de las catástrofes. Hoy ocurrenmás catástrofes que hace 100 años. Esteaumento hay que atribuirlo, por unaparte, a una mayor ocurrencia de

combustión masiva de hidrocarburos quese han hecho imprescindibles paraabastecer las necesidades energéticas delcrecimiento económico y de los estándaresde bienestar de la vida moderna engrandes ciudades. Las catástrofes sísmicastambién han ido en aumento en el sigloXX pero el número de terremotos concapacidad destructiva se mantieneconstante. La figura 13.3 a) muestra elcrecimiento de los sismos destructores enel periodo entre 1900 y 2008.

Se observa un importantecrecimiento a partir de los años sesenta.Parece que el incremento de catástrofessísmicas registradas se debe, por unaparte, a mejoras en la observación yregistro de este tipo de desastresnaturales, pero, por otra, también alhecho de que en las zonas sísmicas delmundo, particularmente cuando éstasse hallan en áreas de gran dinamismoeconómico, la población se haincrementado. La figura 13.4 b)

Figura 13.3. Catástrofes naturales en el mundo.

Periodo 1900-2008.

Fuente: EM-DAT,2009.

Figura 13.4. Catástrofes sísmicas y grandes

terremotos. Periodo 1970-2008.

Fuente: EM-DAT 2009 para catástrofes; ANSS 2009 para los terremotos.

149

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Año

100

10

1

100

10

1

Número de desastres producidos por terremotos. Periodo 1990-2008

a)

b)

Nú

mer

o

Nú

mer

o

1970 1980 1990 2000

Año

Sismos (M> = 6,5)

Catástrofes sísmicas

100

10

1

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Año

1.000

100

10

1

Número de catástrofes naturales. Periodo 1990-2008

Nú

mer

o

Tabla 13.2. Mayores catástrofes sísmicas

desde 1900. Se relacionan los diez

terremotos que han causado más muertes,

los diez con más afectados y los diez

económicamente más costosos.

Fuente: EM-DAT, 2009. Tabla creada el 30/12/2008. Data

versión v12.07.

superpone las frecuencias de ocurrenciade catástrofes sísmicas y la de losterremotos con magnitudes mayores oiguales a 6,5 a partir del año 1970. Dadauna población o un lugar, la capacidaddestructiva de un terremoto depende desu magnitud y de su distanciahipocentral, por lo que terremotospequeños no deberían causar dañosrelevantes y terremotos grandessuficientemente distantes tampoco.Observamos cómo, a partir de 1980, latendencia de ocurrencia de terremotosgrandes y de catástrofes sísmicas casicoinciden. Estos números y gráficosrepresentan un promedio mundial, perolas cosas son distintas para paísesconcretos; por ejemplo en países comoJapón y Estados Unidos las medidas deprotección sísmica han permitido reducirel impacto de los terremotos en sus

pueblos y ciudades; en otros países envías de desarrollo los números son peores.Destaca el pico de 1990, año en el queocurren 20 terremotos de gran magnitud,pero 40 catástrofes sísmicas indicandoque terremotos de magnitudes menorestambién son capaces de causardestrucción. Así pues, del análisis de lafigura 13.4 b) concluimos que, enpromedio, la práctica totalidad deterremotos grandes afecta a entornosdensamente poblados. Este hecho se debeal crecimiento de la población mundial ya su organización en grandes megaurbesque conlleva una ocupación delterritorio, masiva, incontrolada y, enmuchos casos, inadecuada. En general,los grandes terremotos, cada vez más,afectan zonas urbanas donde existe unagran densidad de población, industrias,bienes, infraestructuras y servicios que

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LOS DIEZ TERREMOTOS MÁS MORTÍFEROS LOS DIEZ TERREMOTOS CON MÁS LOS DIEZ TERREMOTOS

PERSONAS AFECTADAS ECONÓMICAMENTE MÁS COSTOSOS

País (lugar) Fecha Fallecidos País (lugar) Fecha Afectados País (lugar) Fecha Coste(1)

1 China (Tangshan) 27/07/1976 242.000 China (Wenchuan) 12/05/2008 45.976.596 Japón (Kobe) 17/01/1995 100.000

2 China (Nan Chang) 22/05/1927 200.000 India (Dharbhanga) 21/08/1988 20.003.766 USA (Los Ángeles) 17/01/1994 30.000

3 China (Gansu provincia) 16/12/1920 18.0000 India (Kachch-Bhuj) 26/01/2001 6.321.812 Japón (Niigata) 23/10/2004 28.000

4 Indonesia (Sumatra) 26/12/2004 165.708 Pakistán (Bagh) 08/10/2005 5.128.000 China (Wenchuan) 12/05/2008 20.000

5 Japón (Kanto) 01/09/1923 143.000 China (Lishui) 03/02/1996 5.077.795 Turquía (Izmit) 17/08/1999 20.000

6 Turkmenistán 05/10/1948 110.000 Guatemala 04/02/1976 4.993.000 Italia (Avellino) 23/11/1980 20.000

7 China (Wenchuan) 12/05/2008 87.476 Perú (Chimbote) 31/05/1970 3.216.240 Taiwán (Nantou) 21/09/1999 14.100

8 Italia (Messina, Sicilia) 28/12/1908 75.000 Indonesia (Yogyakarta) 27/05/2006 3.177.923 Armenia 07/12/1988 14.000

9 Pakistán (Bagh) 08/10/2005 73.338 China (Provincia de Shanxi) 01/11/1999 3.020.004 Japón (Niigata) 16/07/2007 12.500

10 China (Provincia de Gansu) 26/12/1932 70.000 Japón (Costa sur de Honshu) 08/08/1983 2.550.028 Irán (Rasht) 21/06/1990 8.000

(1) Coste en millones de US$. Periodo 1900-2008.

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presentan una notable vulnerabilidad yamontonan un alto valor económico y,por lo tanto, un altísimo riesgo. La tabla 13.2 muestra los terremotos másdestructivos desde el año 1900. Serecogen los diez terremotos que hancausado más muertes, los diez que hanafectado a más personas y los diez quehan producido más pérdidas económicas.El terremoto de Tangshan ocurrido enChina el 27 de julio de 1976 fue el másmortífero, matando a 242.000 personas.El sismo de Wenchuan, ocurridotambién en China el 12 de mayo de2008, se halla en las tres listas de losmayores desastres sísmicos: es el que haafectado a un mayor número dehabitantes, casi 46 millones, mató a másde 84.000 personas y su coste económicose estimó en 20.000 millones de dólares.El terremoto más costoso se estima fue elsismo de Kobe ocurrido en Japón el 17de enero de 1995. El desarrollo de lasgrandes ciudades, además de una granacumulación de población, implicatambién grandes y costosasinfraestructuras que aumentan en granmedida los bienes y el valor económicoexpuesto.

Wenchuan (China)

El día 12 de mayo de 2008, 14:28:04,hora de Pekín, ocurre en China un granterremoto (Ms=8; Mw=7,9; Imáx=XI)conocido como el terremoto de

Wenchuan (provincia de Sichuan). Lalatitud y longitud del hipocentro fueron31.021º N y 103.367º E y suprofundidad fue de 14 km. Después delterremoto, la falla causante podía seguirseen superficie a lo largo de 240 km. Lasaceleraciones máximas del suelo fuerondel orden de la aceleración de lagravedad. Las tres principalescaracterísticas de esta gigantesca catástrofeson: 1) su gran magnitud, 2) el enormenúmero de víctimas y 3) su impacto enlos bienes de la población y las tremendaspérdidas económicas. Ello lo sitúa entrelos primeros del ranking de terremotosmás destructivos de la historia y losefectos directos e inducidos de esteterremoto constituyen un catálogo de losfenómenos destructores que puedenaparecer cuando ocurre un terremoto, yaque afectó a todo tipo de edificios,instalaciones y servicios, incluyendo elmilenario patrimonio chino. Elterremoto causó daños graves en edificiosresidenciales, en edificios históricos, enindustrias, en carreteras y vías férreas,incluyendo puentes y túneles, en lossistemas de producción y transmisión deenergía eléctrica, así como en torres delíneas de alta tensión, en los sistemas deconducción de gas y de agua potable, enlos sistemas de comunicaciones,incluyendo torres de telecomunicación;se produjeron grandes caídas de rocas ygrandes deslizamientos de tierras.Algunos de estos deslizamientossepultaron poblaciones enteras,

taponaron bocas de túneles e, incluso,interrumpieron el curso de ríos paragenerar nuevos lagos. La figura 13.5muestra algunas imágenes de estosfenómenos.

El diseño sismorresistente

En los estudios de riesgo de una zona,los edificios existentes influyen de unamanera esencial en los resultados. Éstees el caso de los edificios demampostería no reforzada en susdiversas variantes que incluyen desdelos antiguos edificios de mamposteríade piedra hasta los relativamente másmodernos de obra de fábrica de ladrillo.De acuerdo con el periodo deconstrucción, los pisos o forjados deestos edificios suelen estar hechos convigas de madera, acero o de hormigónprefabricado; estas vigas están unidasentre sí mediante pequeñas bóvedas decerámica, con una rigidez pobre.Muchos de estos edificios son altos ycon un número importante de paredesy muros de mampostería de grantamaño que incorporan pesadosbalcones y grandes ventanas; todo elloincrementa su ya notablevulnerabilidad. Además este tipo deedificios suele tener aspectosarquitectónicos, como por ejemplo unamayor altura de sus primeros pisos ygrandes cornisas, que los hacen aún másvulnerables.

152

más sufren; las uniones viga-pilar ylosa-pilar son pues importantes paraasegurar un adecuadocomportamiento sísmico. Debeevitarse la rotura de estos nudos quese hallan sometidos a fuerzas decompresión y tracción transmitidaspor los elementos estructurales queconcurren en ellos. El confinamientodel hormigón, con cercos y anclajes,ayuda a fortalecer estas uniones. No estrivial evitar daños en estos puntoscríticos pero, para evitar víctimas, esfundamental conseguir que los

En el siglo XX, el uso del hormigóny el acero en la edificación permitióconstruir nuevos tipos de edificios,muchos de ellos altos, esbeltos y conformas arquitectónicas atrevidas. Perodiferentes catástrofes sísmicas pusieronde manifiesto la necesidad de tener encuenta las acciones sísmicas en elproyecto y construcción de estasestructuras. Cuando un edificio sufreun terremoto, las fuerzas horizontalesde inercia son importantes. Lasconexiones entre elementosestructurales suelen ser los puntos que

Figura 13.5. Ejemplos de daños causados por el

terremoto de Wenchuan: a) edificio de 9 pisos

colapsado; b) calzada destruida por colapso del

talud; c) vía férrea interrumpida por la caída

de una enorme roca; d) boca de túnel

taponada por un deslizamiento; e) colapso de

puente de carretera; f) chimenea de ladrillo

rota e inclinada; pagoda típica antes (g) y

después (h) del terremoto.

Fuente: Zifa, 2008.

edificios no colapsen. La ductilidad delas estructuras permite evitar roturasfrágiles y colapsos prematuros, peropuede conducir a desplazamientosexcesivos que también son causa dedaño estructural. Así pues, aunqueinteresa que los edificios tengansuficiente ductilidad para evitar unposible fallo frágil, conviene limitardicha ductilidad para reducir el dañopor sismo. A partir de los años 20 delsiglo pasado, las normas de diseñosismo-resistente han evolucionadopaulatinamente, incorporando losavances en el conocimiento de losterremotos, de la respuesta sísmica delos edificios, de la resistencia de losmateriales y del cálculo estructuralestático y dinámico. Es preciso dotar alos edificios de hormigón armado deuna adecuada capacidad dedeformación inelástica. Pero lo idealpara controlar el daño es asegurar unequilibrio entre la rigidez, laresistencia y la ductilidad global de laestructura. A partir del año 1995 seestablecen las bases del llamado“diseño por prestaciones” (performancebased design) que establece losrequisitos de diseño dependiendo dela función del edificio. De esta formase persigue no sólo evitar la pérdida devidas, sino también reducir el impactoeconómico garantizando unfuncionamiento normal de lasinfraestructuras y edificios cuandoocurre un terremoto. Así pues, los

códigos sísmicos existentes en elmundo establecen criterios de diseño yconstrucción sismorresistente. Algunosde los criterios sugeridos por elEurocódigo 8 (CEN 2004) son laredundancia, la uniformidad y lasencillez de los sistemas estructuralesevitando irregularidades en planta ydiscontinuidades en planta y en altura.La figura 13.6 muestra algunosaspectos constructivos desaconsejadosen zonas sísmicas.

El riesgo sísmico

Pero las catástrofes sísmicas siguencausando enormes pérdidas. Losestudios de riesgo sísmico permitencuantificar la probabilidad de estaspérdidas. El término inglés riskaparece tardíamente y proviene delfrancés donde, en el siglo XVII, sehalla la locución risque. Encastellano, el vocablo “riesgo”,procedente del latín, ya existe en elsiglo XIII. Se suele aceptar un origenmarinero de esta voz que está

Figura 13.6. Algunos de los aspectos

constructivos desaconsejados que hay que

evitar: a) Irregularidad en planta; crecimiento

de la superficie de las plantas con la altura; b)

pilares cortos en todos los pisos de un edificio;

c) juntas pilar-forjado con comportamiento de

corte directo; d) discontinuidad de pilar en las

plantas inferiores del edificio; e) falta de

arriostramiento del pilar a nivel del forjado.

Fuente: Barbat et al. 2008.

esperado cuando el edificio sufre laacción sísmica; 4) calcular el valoreconómico: el análisis de coste y 5)tomar decisiones y gestionar el riesgo.En este capítulo nos referimosprincipalmente a los tres primerosaspectos. Los dos restantes no sonsencillos ya que incluyen aspectossocioeconómicos y políticosrelacionados con el modelo dedesarrollo que genera grandesdesequilibrios entre grupos sociales yentre países. En general, todos losaspectos relacionados con el riesgosísmico requieren estudiosmultidisciplinares en los que esfundamental la participación tambiénde las autoridades con responsabilidaden la protección civil y en laplanificación y gestión de emergencias.

Escenarios de riesgo sísmico

Los escenarios de riesgo sísmico sonuna reproducción virtual de lassituaciones esperadas en el caso deocurrir un terremoto. Estavisualización del impacto de unterremoto sobre una comunidad essumamente útil para conocer,prevenir, gestionar y reducir elriesgo, pero también para planificaracciones y emergencias.

Existen diferentes técnicas para eldiseño y análisis de escenarios sísmicos;el “Método del Índice de

Vulnerabilidad” (MIV) y el “MétodoBasado en el Espectro de Capacidad”(MBEC) son las dos técnicas másavanzadas. El MIV define el terremotomediante su intensidad EMS’98, eledificio mediante un índice devulnerabilidad y usa funciones semi-empíricas para evaluar el daño. ElMBEC adopta procedimientos ytécnicas relacionadas con el diseñosismorresistente. El MBEC se desarrollóen el marco del programa Hazus 99(2002) donde se desarrolla unametodología para la estimación depérdidas por terremoto. Nuevas versionesdel MIV y del MBEC se handesarrollado para su aplicación a ciudadeseuropeas. En el MBEC es precisodisponer de información estructural deledificio y hallar su espectro de capacidad,que define la deformación del edificio en función de la aceleración que sufre.Además, este método requiere obtener elllamado “punto de capacidad pordemanda” que define el nivel dedesplazamiento que el terremoto va aproducir en la estructura y que se usapara estimar las probabilidades de losestados de daño, mediante las curvas defragilidad. La tabla 13.3 muestra los estados de daño tal como seconsideran en el MIV y en el MBEC.También se cuantifica la razón del costede reparación respecto al coste dereposición. La aplicación del MIV y delMBEC a un caso práctico se describe acontinuación.

154

relacionada con la palabra risco queidentifica uno de los peligros de losnavegantes. Así, la palabra arriesgar,relacionada con la exposición a unpeligro, significaría, originariamente,“dirigirse hacia una roca o peñasco”. ElDiccionario de la lengua española, de laReal Academia define “riesgo” como:“contingencia o proximidad de undaño” y, a su vez, “contingencia” sedefine como la “posibilidad de que algosuceda o no suceda”. McGuire (2004)define el “riesgo sísmico” como la“probabilidad de que una comunidadexperimente una pérdida o de que suentorno edificado sea dañado por causade terremotos”. Esta pérdida debe sercuantificable y puede concretarse en uncoste económico, en el número devíctimas o en el coste de reparación deuna instalación o servicio. El riesgosísmico puede calcularse mediante lapérdida asociada a un conjunto deterremotos y su correspondienteprobabilidad de ocurrencia. Porconsiguiente, los estudios de riesgosísmico son herramientas para laprevención, protección y gestión yrequieren considerar los siguientesaspectos: 1) evaluar la peligrosidad: elterremoto y sus probabilidades deocurrencia; 2) evaluar la vulnerabilidad:el edificio o bien expuesto y sucapacidad para resistir las accionessísmicas; 3) evaluar el daño: lasfunciones de daño o funciones depérdida que cuantifican el daño

Tabla 13.3. Estados de daño. El % representa

el porcentaje del valor económico de

reparación del bien respecto al valor

reposición.

Fuente: (1) Grünthal, 1998; (2) ATC-13, 1985; (3) Risk-UE, Milutinovic

y Trendafiloski, 2003; (4) Hazus 99, 2002.

155

Aplicación

Barcelona, con 1,6 millones dehabitantes, es la segunda ciudad deEspaña y en su área metropolitana vivemás de la mitad de la población deCataluña, constituyendo un paradigmade ciudades situadas en regiones dondeel peligro sísmico es entre bajo ymoderado pero que, al acumular ungran valor socio-económico, tienen unriesgo elevado. Así pues, de acuerdo conla normativa sísmica española NCSE-02, y a diferencia de Madrid, la

amenaza sísmica en Barcelona se halladentro de los niveles para los que la“Directriz Básica de Planificación deProtección Civil ante el RiesgoSísmico” (Ministerio de Interior, 1995)obliga a efectuar estudios de riesgosísmico y planes de emergencia. Es eneste marco que se han realizadonumerosos estudios tanto depeligrosidad, incluyendo análisis de losefectos de suelo, como de riesgosísmico. El esfuerzo conjunto delInstituto Geológico de Cataluña, delAyuntamiento de Barcelona y de la

EJEMPLOS DE DAÑO EN EDIFICIOS(1) DAÑO (%)(2) DESCRIPCIÓN DE LOS ESTADOS GRADOS DE DAÑO

O GRADOS DE DAÑO(1)

Mampostería Hormigón MIV(3) MBEC(34)

0 % Nulo

Sin daño estructural

Sin daño no estructural 0 0

0-10 % Leve (leve o inobservable)

Sin daño estructural

Daño no estructural leve 1 1

10-30% Moderado

Daño estructural leve

Daño no estructural moderado 2 2

30-60 % Severo (entre considerable y fuerte)

Daño estructural moderado

Daño no estructural fuerte 3 3

60-100% Extensivo (muy fuerte)

Daño estructural fuerte

Daño no estructural muy fuerte 4 4

100% Completo (destrucción)

Daño estructural muy fuerte

Colapso casi total o total 5

Figura 13.7. Distribución del daño esperado

para el escenario probabilista usando el MBEC.

A la izquierda se muestran los resultados por

distritos; a la derecha se muestra un mapa de

mayor resolución a nivel de zonas estadísticas

propias del Ayuntamiento de Barcelona.

suelo con una determinadaprobabilidad de excedencia. Las normassísmicas usan el sismo con unaprobabilidad de excedencia del 10% en50 años, que corresponde a un periodode retorno de 475 años. Tanto elescenario determinista como elprobabilista tienen en cuenta losfactores de amplificación por causa delos efectos de suelo. Los suelos de laciudad de Barcelona se han clasificadoen 4 tipos: suelos duros y consistentes(tipo R) en los afloramientos rocosos deCollserola y de Montjuïc, suelos muyblandos (Tipo I) en el frente de costa y en los deltas de los ríos Besós yLlobregat y dos tipos de calidadintermedia: unos cercanos a la parte alta de la ciudad (Tipo III) y otros cercanos a los suelos blandos(Tipo II).

Barcelona tiene más de 75.900edificios de uso residencial que alberganunas 600.000 viviendas. La densidadmedia de población es de 15.635hab/km2 aunque nueve barriossobrepasan los 50.000 hab/km2 y unazona tiene un pico de densidad de

Universidad Politécnica de Cataluña hapermitido diseñar escenarios sísmicosespecíficos y disponer de una sofisticadabase de datos sobre los edificios, lo quehizo posible que la ciudad seconstituyera en una de las ciudadeseuropeas piloto para la aplicación de lastécnicas MIV y MBEC en el marco delproyecto europeo Risk-UE. Para ello sehan definido dos escenarios sísmicos,uno desde una óptica determinista yotro desde una óptica probabilista. En elcaso determinista se establece unterremoto característico; habitualmente,se utiliza el terremoto más fuerteocurrido en la región. En este caso se hatomado un terremoto ocurrido en 1448en Cardedeu, a una distancia de 25 kmdel centro de Barcelona y a unaprofundidad de 7 km. En el casoprobabilista se define el movimiento del

156

Grado de daño medio

0-0,5 No daño0,5-0,7 Leve0,7-0,90,9-1,11,1-1,31,3-1,51,5-1,7 Moderado1,7-1,81,9-2,12,1-2,32,3-2,52,5-2,7 Severo2,7-2,92,9-3,13,1-3,33,3-3,53,5-4,0 Completo

d* = 1,51

Figura 13.8. Distribución del daño esperado

para el escenario determinista usando el

MIV. A la derecha se muestran otros tipos

de mapas de riesgo que representan las

probabilidades de que ocurra un

determinado grado de daño: para el grado

de daño moderado en el distrito del

Eixample (arriba) y para el estado de daño

severo en el distrito de Ciutat Vella (abajo).

157

135.000 hab/km2. Además de los datossobre la población, la base de datosdisponible contiene informacióndetallada sobre la topografía y lageología de sus suelos y, lo que esfundamental para estudios de riesgo,sobre sus edificios, de los cuales seconoce, de forma individual, lageometría en planta y en altura, la antigüedad, el tipo de construcción y su ubicación absoluta y relativadentro de la correspondiente manzana.Todo ello ha permitido la construcciónde un sistema de informacióngeográfica sobre plataforma ArcGis que ha hecho posible la estimación y representación de los mapas de dañoesperado para los escenarios sísmicosconsiderados. La figura 13.6 muestra la distribución del daño esperado parael escenario probabilista analizadomediante el MBEC. La figura 13.7muestra el caso del escenariodeterminista analizado mediante el MIV. Esta misma figura muestraotros tipos de mapas muy útiles para los servicios de protección civil ya quepermiten representar las probabilidadesde que ocurra un determinado estado o grado de daño. Finalmente, la figura13.8 muestra la distribución depersonas heridas y el coste económicode un terremoto de las característicasdel analizado. Una vez diseñada y preparada la herramienta informáticapara el análisis de escenarios, es posible analizar y evaluar, de forma

relativamente sencilla, el impacto de los posibles terremotos en la ciudad,lo cual constituye un excelenteinstrumento para la prevención y protección sísmica.

Reflexión final

Hace poco más de un siglo, apenasconocíamos las causas de losterremotos. Hacia mediados del sigloXX fuimos capaces de entender que losterremotos son un fenómeno naturalcausado por el dinamismo del interiorde la Tierra que, en su superficie, semanifiesta en la tectónica de placas. Yaavanzado el siglo XX aprendimostécnicas que permiten controlar el

Grado de daño medio

0-0,5 No daño

0,5-0,7 Leve

0,7-0,9

0,9-1,1

1,1-1,3

1,3-1,5

1,5-1,7 Moderado

1,7-1,8

1,9-2,1

2,1-2,3

2,3-2,5

2,5-2,7 Severo

2,7-2,9

2,9-3,1

3,1-3,3

3,3-3,5

3,5-4,0 Completo

0-10%10-2020-3030-4040-50

Sin edificios

0-10%10-2020-3030-4040-50

No edificado Sin datos

Figura 13.9. Distribución de las personas

heridas para el escenario probabilista

usando el MBEC. Distribución del coste en

millones de euros para el mismo escenario.

potencial destructor de los terremotossobre los edificios mediante el diseño yconstrucción sismorresistente. Sinembargo el modelo urbanista dedesarrollo fomenta la edificacióncompulsiva. Además, olvidarexperiencias negativas es un buenmecanismo de defensa del hombre que

le ayuda a mirar al futuro sin temor,pero la ausencia de memoria colectivaes poco inteligente si contribuye aignorar las más elementales medidas de protección sísmica. Es por estas dosúltimas razones que terremotosrelativamente pequeños siguencausando grandes pérdidas. En el casode Barcelona, el análisis medianteterremotos históricos permite prevercentenares de muertos y heridos y miles de personas sin hogar. El coste probable se acerca a los10.000 millones de euros, que es elpresupuesto total de la ciudad paracinco años. Las catástrofes sísmicassiguen siendo una de las asignaturaspendientes de nuestro progreso. Enconsecuencia, seguiremos teniendomalas noticias. La paradoja es quedisponemos de conocimiento ytecnología para controlar el impacto de los terremotos. ¡Ojalá que este sigloXXI vea una drástica reducción de estosdesastres!

158

Coste directo(millones de euros)

< = 25

25-50

50-100

100-200

200-350

9.078 M €1,5 ‰

Personas heridas

< = 5

05 - 25

25 - 50

50 - 100

100 - 155