Sociedad Mexicana de Ingeniera Estructural, A.C.

ESTUDIO DE LA SEGURIDAD DE LAS EDIFICACIONES DE VIVIENDA ANTE LA INCIDENCIA DE VIENTO

Oscar Lpez Btiz1 y Hector Toledo Snchez2

RESUMEN Los efectos directos e indirectos causados por los eventos meteorolgicos en las edificaciones de vivienda en Mxico, significan en promedio anual una gran cantidad de prdida de vidas humanas y daos materiales en el capital de la poblacin, cifras que superan ampliamente los daos generados por la conjuncin de cualquier otro tipo de eventos naturales durante dcadas. El artculo presenta una interpretacin sencilla sobre el efecto del viento sobre las construcciones para vivienda. Con base en la informacin existente sobre las caractersticas promedio de la vivienda en los diferentes estados de la Repblica Mexicana, y con los valores de velocidades mximas medias en todo el territorio nacional, se obtiene una relacin susceptibilidad de dao-peligro por viento en todos los estados de la Repblica para su uso por las autoridades correspondientes.

SUMMARY In order to reduce the damage on low cost housing due to strong wind, this study presents a simple interpretation about the origin of the wind phenomenon, as well as the effect of the wind on this type of construction. Based on the existing information on the low-cost housing along with the maximum wind velocities measured over the country, an informational leaflet about the level of vulnerability-hazard due to this phenomenon in Mexico, for low-cost housing, is presented.

INTRODUCCIN Histricamente en nuestro pas ante la incidencia de eventos naturales, como sismos y fenmenos meteorolgicos, se observan consistentemente daos en las edificaciones. Dentro de las edificaciones mayormente afectadas se encuentran las viviendas de bajo costo, la mayora de las cuales son producto de la autoconstruccin y en ella se emplean generalmente materiales de baja calidad y no hay supervisin tcnica. En cuanto a los fenmenos meteorolgicos, la atmsfera terrestre se encuentra en constante movimiento, esencialmente por la falta de uniformidad de la distribucin de energa solar que recibe, en combinacin con sus movimientos de rotacin, de inclinacin de su eje de rotacin y de translacin. Un fenmeno meteorolgico es una manifestacin extrema del flujo atmosfrico alrededor de un centro de baja presin sobre la superficie terrestre . En el caso de la incidencia de huracanes, tifones, ciclones, o bien vientos de altas velocidades, el problema ms comn en las edificaciones es la prdida de las techumbres, y con ello gran parte de las pertenencias personales, debido a los fenmenos de succin que se generan durantes estos vientos fuertes (Eagleman, 1985). Cojn objeto de poder conocer la susceptibilidad de los asentamientos urbanos a sufrir dao ante la incidencia de este tipo de fenmenos, surge la necesidad de plantear un mapa donde se indique cuales seran las regiones en las que la vivienda de bajo costo tenga una mayor susceptibilidad de sufrir dao ante el fenmeno de vientos fuertes. Tambin surge la necesidad de plantear recomendaciones y procedimientos sencillos y claros, que permitan que las personas que autoconstruyen sus viviendas puedan contar con una herramienta que les permita edificar con niveles de seguridad estructural adecuadas ante la incidencia de vientos fuertes.

1 Investigador Titular, CENAPRED, Coordinacin de Investigacin, Area de Ingeniera Estructural y

Geotecnia. Av. Aantonio Delfn Madrigal 665, Col. Pedregal de Sto. Domingo, 04360 Coyoacn, Mxico, D.F. Tel. 56069942, Fax. 56061608, e-mail: olb@cenapred.unam.mx

2 CENAPRED, Coordinacin de Investigacin, Area de Ingeniera Estructural y Geotecnia. Av. Aantonio Delfn Madrigal 665, Col. Pedregal de Sto. Domingo, 04360 Coyoacn, Mxico, D.F.

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XIII Congreso Nacional de Ingeniera Estructural Puebla, Pue., Mxico 2002

Objetivos Las recomendaciones y lineamientos que surgen, representan una opcin para tratar de lograr un mejor comportamiento de las edificaciones rurales y urbanas de bajo costo cuando se ven sometidas a vientos intensos. Dicha mejora intrnsecamente influir en una disminucin del dao en este tipo de estructuras, reduciendo tambin la prdida de bienes materiales y, por lo tanto el riesgo ante este tipo de eventos naturales. En el trabajo se presenta, de manera simplificada, una zonificacin del nivel de susceptibilidad de dao de las edificaciones ante la incidencia de vientos fuertes, considerando las velocidades mximas medias para periodos de retorno dados (CFE, 1993), y conociendo la distribucin de vivienda con caractersticas estructurales precarias en la Mxico (INEGI, 1993 y 1998). La informacin intenta ser una herramienta que la autoridad correspondiente use para definir prioridades de apoyo al reforzamiento de la vivienda de bajo costo.

EFECTOS DESTRUCTIVOS DEL VIENTO EN LA VIVIENDA DE BAJO COSTO Los vientos que afectan directamente al hombre y a la actividad humana son los vientos superficiales, en ausencia total de friccin en la atmsfera, y entre la atmsfera y la Tierra, tan slo unas decenas de kilmetros alrededor del centro de giro del fenmeno, el viento ms intenso se presenta sobre uno de los bordes del denominado ojo del huracn. Es precisamente a esta velocidad mxima en el campo de vientos superficial a la que se denomina la velocidad mxima sostenida (Ahrens, 2000; Stahler, 1963). La velocidad mxima sostenida es el ndice de intensidad del fenmeno meteorolgico ms comn, a pesar de su nomenclatura, se debe estar consciente de que puede variar en el tiempo conforme el evento se intensifica o disminuye. Para labores de anlisis de daos, es conveniente visualizar mapas de los mximos vientos producidos por el paso de un evento durante toda su evolucin, mismo que regularmente se presenta como un mapa de lneas de igual intensidad de viento (isotacas). Este tipo de mapas permiten correlacionar los vientos mximos locales con los daos observados en la zona afectada. La zona de Mxico afectada por vientos extremos (de ms de 150 km/h) es relativamente pequea; sin embargo han ocurrido muchos daos por viento en este entorno. Utilizando como ejemplo a Gilbert 88, podran asociarse los daos por viento en Mrida, Yucatn, con las condiciones extremas del viento mximo sostenido que Gilbert present en su punto de mayor intensidad (del orden de ms de 250 km/h , huracn clase V). Pero de hecho, en su punto de menor distancia a Mrida, Gilbert contaba con vientos mximos sostenidos de tan slo 200 km/h y dado que Mrida no se encontraba sobre la huella del paso del ojo del huracn, fue afectada por vientos menores a unos 150 km/h, mismos que equivaldran a la velocidad mxima sostenida de un huracn de clase I. Sera inadecuado suponer que en Mrida sobrevivieron al huracn del siglo con vientos sostenidos de 275 km/h. Una percepcin de este tipo sera muy peligrosa para enfrentar eventos meteorolgicos en el futuro (Rosengaus, 1998). Los fluidos en movimiento presentan flujo laminar para velocidades bajas; para velocidades tpicas en la naturaleza, velocidades de viento de un fenmeno meteorolgico, el movimiento presenta gran irregularidad por la presencia de numerosos vrtices (flujo turbulento). Esta turbulencia se manifiesta en los objetos inmersos en el fluido, presentndose lapsos cortos con velocidad mucho menor que la velocidad que se da en promedio en un intervalo de tiempo mayor. En el contexto de vientos severos, en meteorologa se acostumbra usar el trmino velocidad sostenida para describir el valor promedio en lapsos de tiempo de alrededor de un minuto, mientras que el trmino velocidad de rfaga se refiere a los valores mximos caractersticos de lapsos de tan slo uno o dos segundos. La velocidad de rfaga siempre es mayor a la sostenida y en algunos fenmenos, como por ejemplo los ciclones tropicales, esta puede llegar hasta un 30% o 35% por arriba de la velocidad sostenida del viento. La diferencia entre ambas se magnifica al entrar el fenmeno a tierra, pues la turbulencia es mayor ah que en alta mar (Rosengaus, 1998; Sotelo, 1979; Tanck, 1971). Ambas velocidades del viento son importantes. Algunos de los tipos de daos por viento se encuentran asociados a fuerzas constantes de larga duracin ejercidas por el viento sostenido, mientras que otros se encuentran asociados a los picos extremos del viento de rfaga. Existen daos, como los de fatiga de elementos estructurales que estn asociados a variabilidad cclica de los vientos. Los segmentos anteriores se muestran en la figura 1, donde se presenta un segmento pequeo de un registro de viento (hipottico), as como una interpretacin de lo que sera la velocidad sostenida y la velocidad de rfaga.

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Variacin de velocidad de rfaga

Variacin de velocidad sostenida

Figura 1 Interpretacin de velocidad sostenida y de rfaga sobre un registro de velocidad de viento

Es importante notar que, ni la velocidad sostenida, ni la velocidad de rfaga, se refieren a los valores constantes en el tiempo, ellas tambin presentan variacin de acuerdo con la evolucin del fenmeno sobre el punto de inters. EFECTO DEL VIENTO SOBRE LOS CUERPOS Al igual que cualquier otro flujo, el viento atmosfrico se ajusta para pasar alrededor de obstculos, y este ajuste produce zonas con menores vientos y otras con mayores vientos que los que se esperaran en una zona completamente plana sin obstculos. Algo similar ocurre a nivel local con las edificaciones, como se muestra en la figura 2. En este caso, tanto las bolsas de tranquilidad viento arriba y viento abajo de la edificacin presentan velocidades de viento menores al flujo libre y pueden ser utilizadas como refugio emergente para personas que fueron sorprendidas en exteriores por vientos severos. Sin embargo, es necesario recordar que