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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD DE LAS CONSTRUCCIONES DEL CENTRO HISTÓRICO DE

TAPACHULA Y TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS

Aguilar Carboney Jorge1, Raúl González Herrera2, Ruiz Sibaja Alejandro1, Cruz Díaz Robertony1

RESUMEN El artículo analiza las características que hacen vulnerables a las dos principales ciudades del estado de Chipas, se desarrolló un trabajo de campo en el primer cuadro de ambas ciudades. Se procesa la información apoyados en métodos simplificados considerando la vulnerabilidad observada (técnica italiana). Se emplearon datos de estudios de laboratorio de la mampostería local y la microzonificación para ambas ciudades. Adicionalmente los resultados se comparan contra estudios obtenidos de una revisión de la literatura.

ABSTRACT There are some characteristics that make vulnerable constructive systems in Chiapas, as well in rural areas as in the historical centers of their cities. In this paper show vulnerability analysis of biggest two cities using Italian techniques, and compare the results with others methods, supported in materials analysis and natural vibration periods of surface layers. The analysis is qualitative based on the seismic hazard and the characteristics of their typical constructions.

INTRODUCCIÓN El estado de Chipas es una región que está constituida por zonas afectadas por fenómenos naturales constantes que potencian el peligro y un nivel de marginación alto caracterizado por construcciones tradicionales elaboradas con sistemas constructivos y materiales tan diversas como el adobe, el bajareque, la madera, la mampostería de tabique y block de concreto, con y sin refuerzo y en menor medida de concreto y acero. Esta diversidad permite que existan patologías distintas en cada una de sus ciudades tanto por las características constructivas locales como por las condiciones de los materiales empleados, así como la inmigración del campo a la ciudad y de algunas zonas de Centroamérica como en el caso de las ciudades fronterizas, que propician un incremento de la vulnerabilidad. En el presente estudio se analizan las características que detonan la vulnerabilidad de las dos principales ciudades del estado de Chipas por población y por importancia política y económica, la primera es la ciudad de Tapachula de Córdova y Ordóñez, la cual en el año 2005 fue muy afectada por el huracán Stan, ésta presenta construcciones muy antiguas influenciadas por la constante inmigración de Centroamérica, Europa y Asia. La segunda ciudad a estudiar es la capital del estado Tuxtla Gutiérrez, que presenta construcciones por lo general muy recientes, sin embargo construidas mayormente por procesos de autoconstrucción y sin asesoría técnica, lo cual induce una vulnerabilidad importante. Para lograr los objetivos del estudio se desarrolló un trabajo de campo importante en el primer cuadro de ambas ciudades, que partió de la selección de las viviendas a encuestar mediante la técnica de inferencia estadística (alrededor de 1,000 viviendas por ciudad), tras analizar las condiciones de ambos centros históricos se elaboró un cuestionario del que obtuvimos información suficiente para el análisis estadístico de la vulnerabilidad.

1. Universidad Autónoma de Chiapas. Facultad de Ingeniería. Boulevard Belisario Domínguez Km # 1081, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México,

[email protected]. 2. Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, División de ingenierías. Libramiento Norte Poniente, Ciudad Universitaria, Caleras Maciel, Tuxtla Gutiérrez,

Chiapas, México. Tel. y Fax: 52 (961) 125-1834, [email protected].

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mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

XVI Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Veracruz, Ver., 2008

Se procesó la información de los cuestionarios mediante métodos simplificados basados en vulnerabilidad observada (técnica italiana). También se emplearon los datos de estudios de laboratorio de las propiedades de la mampostería local y la microzonificación para ambas ciudades. Adicionalmente los resultados de éste análisis estadístico se comparan contra estudios obtenidos de una revisión de la literatura entre ellos uno de CENAPRED (Centro Nacional de Prevención de Desastres).

ANÁLISIS DE VULNERABILIDAD CUALITATIVO Y CUANTITATIVO DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN CHIAPAS

Cuando se evalúa la vulnerabilidad sísmica de edificaciones individuales, es necesario un estudio detallado que permita conocer la susceptibilidad de la edificación de experimentar un determinado nivel de daño para un movimiento específico. Por tanto, la acción sísmica y el daño sísmico constituyen los elementos fundamentales para la caracterización de la vulnerabilidad sísmica como se muestra en la figura 1a. Mientras que en la figura 1b se muestra la metodología de tres pasos propuesta por Miranda (2007), en la cual se incluye un análisis más detallado de la vulnerabilidad mediante la evaluación de parámetros específicos de respuesta como la distorsión de entrepiso para la obtención de funciones de fragilidad del sistema.

Figura 1a y 1b. Esquemas para determinación de daño sísmico de acuerdo con Miranda (2007) Las metodologías de tres pasos que se observan en la figura 2, corresponden a aquellos estudios donde se hace un análisis paramétrico más profundo de las características estructurales como lo hace la metodología desarrollada para HAZUS (1999) con un análisis basado en un sistema de un grado de libertad en el que se relaciona el periodo y amortiguamiento del sistema (figura 2a) y otras más complejas como las desarrolladas actualmente por el centro de investigaciones de ingeniería sísmica del Pacifico (PEER), que desarrolla un modelo de acoplamiento de dos vigas una a flexión y otra a corte compatibilizando las deformaciones con los parámetros de periodo, amortiguamiento y α (relación del trabajo de corte y flexión) (figura 2b). (Miranda, 2007) El proyecto HAZUS (1999) es la principal herramienta del FEMA (Federal Emergency Management Agency) para la estimación de daños debido a fenómenos naturales entre estos los sismos. El HAZUS es un software que permite estimar escenarios del peligro con base en los datos almacenados históricamente (probabilista) y emplear modelos de un grado de libertad para el estudio paramétrico que permite considerar la vulnerabilidad y así estimar el riesgo de la región especifica de los Estados Unidos. En la figura 2a se observa un modelo de SUGL (sistema de un grado de libertad) empleado en la metodología. El estudio para desarrollar la metodología se explica en Whitman y otros, 1997.

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Figuras 2a y 2b. SUGL empleado por la metodología HAZUS y SMGL empleado en la metodología PEER, (Miranda, 2007)

Cuando buscamos calificar la vulnerabilidad sísmica que presentan las construcciones de manera grupal como en nuestro caso que estudiamos las dos principales ciudades de Chipas contamos con diferentes metodologías, las cuales se utilizan tanto en términos relativos (clases e índices de vulnerabilidad), como en términos absolutos (matrices de probabilidad de daño, funciones de vulnerabilidad y curvas de fragilidad). Las clases e índices de vulnerabilidad califican de manera relativa la mayor o menor tendencia de una estructura a sufrir daño, pueden emplear las experiencias de sismos pasados y lo reportado en la literatura. Las matrices de probabilidad de daño (MPD), funciones de vulnerabilidad y curvas de fragilidad estiman de manera directa los daños esperados para los diversos niveles de la acción sísmica, mediante el uso de relaciones explícitas. Si se aplica sobre una misma estructura cada una de las metodologías que a continuación serán descritas, puede dar origen a muchas diferencias en los resultados, difíciles de interpretar y en algunos casos puede dar origen a conclusiones erróneas. Por tanto, se recomienda combinar los métodos analíticos y empíricos, con algún método o técnica experimental que permita incrementar la confiabilidad del análisis de vulnerabilidad (Safina, 2003). El resultado de un estudio de vulnerabilidad sísmica está condicionado a la manera de cómo se haga la descripción del daño y del movimiento sísmico, la relación entre estos dos parámetros suele formularse discretamente con el desarrollo de funciones propias que reflejen los aspectos constructivos y culturales representativos de cada región. Estas pueden obtenerse analíticamente a partir de la vulnerabilidad calculada, con la simulación de la respuesta sísmica de estructuras de un mismo tipo, o con la observación de los daños causados en las estructuras por sismos, cuyo estudio estadístico define la vulnerabilidad observada (Barbat, 1998). Las técnicas de evaluación de la vulnerabilidad dependen principalmente de los siguientes factores:

• Objetivo del estudio • Información disponible • Características del elemento que se pretende estudiar • Metodología de evaluación empleada para considerar el riesgo • Resultado esperado • Destinatario de la información

METODOLOGÍAS EMPLEADOS PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD SÍSMICA EN MÉXICO Diversos investigadores de universidades prestigiadas como la Universidad Autónoma Metropolitana han empleado una variante de la metodología escala MSK-92 (Escala Macrosísmica Europea) para estudiar la vulnerabilidad en la colonia Roma del Distrito Federal, México, la cual calibraron con los datos del sismo de septiembre de 1985, ya que estaba muy bien catalogada, tanto en el nivel de daño, los sistemas constructivos y características generales cada inmueble (Arellano y otros, 2003).

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Este método también fue empleado para evaluar algunas ciudades del estado de Guerrero como Chilpancingo. En la tabla 1 se muestra la clasificación de los sistemas constructivos que considera la metodología empleada para asignarles clases de vulnerabilidad que van desde la A (más vulnerable) y hasta llegar a la letra F (menos vulnerable).

Tabla 1. Clasificación de los tipos de construcción en las clases de vulnerabilidad según la escala MSK-92

Clases de Vulnerabilidad Tipos de Construcción A B C D E F

a. Adobe. Tapial. Mampostería de piedra unida con barro. b. Tabiquería de madera rellena de adobe. c. Mampostería de piedra unida con mortero de cemento con techo ligero. d. Mampostería de ladrillo o bloques sin refuerzos. e. Mampostería de ladrillo sin refuerzo con piso de hormigón armado. f. Mampostería confinada de ladrillo. g. Madera.

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h. Concreto reforzado sin diseño sísmico (construidos entre 1900 y 1930). i. Concreto reforzado con nivel mínimo de diseño sísmico (construidos entre 1930 y 1963). j. Concreto reforzado con nivel moderado de diseño sísmico (construidos entre 1963 y 1980). k. Concreto reforzado con nivel alto de diseño sísmico (construidos entre 1980 a la fecha).

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De acuerdo con la tabla 1, las estructuras de adobe y las de mampostería sin refuerzo, en ese orden son las más vulnerables cualitativamente respecto a la clasificación de las distintas estructuras que se consideran en la metodología MSK-92, ya que ambas ocupan la clase de vulnerabilidad A. Observamos que en esta tabla no se observan las estructuras metálicas. En México hay pocas metodologías propias para el estudio de la vulnerabilidad y generalmente se emplean metodologías tomadas de Europa o los Estados Unidos, sin embargo dentro de las metodologías que se han desarrollado en México se encuentra la del CENAPRED (Centro Nacional de Prevención de Desastres). Este centro de investigación propuso e identificó la vulnerabilidad de las construcciones de cada uno de los estados de la república mexicana en una primera instancia solo considerando el material con el que están edificadas ver figura 3.

Figura 3. Comparativo de la distribución porcentual de viviendas que fueron consideradas vulnerables de acuerdo a la información proporcionada por el INEGI en los censos de 1990 y 2000 (Sánchez, 2005).

En la figura 3 observamos que el estado de Chiapas se ubica como el segundo estado en cantidad de viviendas elaboradas con materiales vulnerables de acuerdo con las consideraciones del centro de investigación y la información que se obtuvo de las estadísticas de los censos de población y vivienda del INEGI (Instituto Nacional de Estadística Geografía e Historia) de los años 1990 y 2000.

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No obstante ninguno de los estudios anteriores contiene los suficientes elementos para obtener una curva de vulnerabilidad, la que tiene como fin, predecir el nivel de daño estructural que se va a presentar en las construcciones de un mismo tipo, en un sitio de interés, cuando se presente un evento sísmico que produzca cierta intensidad en ese lugar. Pese a su utilidad, la obtención de una curva de vulnerabilidad conlleva un buen número de complicaciones, la mayoría de ellas asociadas a la falta de información suficiente y confiable, relacionada con los parámetros que la definen. Lo anterior hace que las conclusiones que se obtengan a partir de ella, tengan cierto nivel de incertidumbre (Salgado, 2005). Implementando la metodología desarrollada por (Salgado, 2005) con los datos de daños medios de los sismos que mejor han reportado los daños en México, como son el sismo de Ometepec, Guerrero (1995), Oaxaca, Oaxaca (1999) y Colima, Colima (2003) y con el sismo más importante en la historia de Villaflores, Chiapas (1995), se construyó la tabla 2 y la correspondiente curva de vulnerabilidad que se muestra en la gráfica de la figura 4, la cual corresponde a las viviendas rurales típicas de Chiapas. (González y otros, 2008) En el estudio de González y otros, 2008, basado en el estudio de Salgado, 2005, se obtuvo la curva de vulnerabilidad, que se propone como una función de distribución de probabilidad del tipo lognormal con media y desviación estándar, las cuales están dadas por los siguientes valores respectivamente ф(5.675, 0.996), como se ve en la figura 4, donde se coloca el daño esperado en cuatro sismos importantes.

Tabla 2. Estadísticas de daños medios generados en sismos recientes en ciudades del sureste y el pacífico mexicano (González y otros, 2008, basados en Salgado, 2005)

Sismos estudiados Aceleración

máxima suelo firme (gals)

Factor de amplificación

Aceleración máxima suelo blando (gals)

Daño medio estimado

Ometepec, Guerrero 14/sep/95 266 1.58 420 0.48 Oaxaca, Oaxaca 30/sep/99 40 4.91 197 0.31 Colima, Colima 21/ene/03 158 2.79 442 0.62

Villaflores, Chiapas 21/oct/95 287 1.46 419 0.39

Figura 4. Curva de vulnerabilidad para la vivienda tradicional de Chiapas construida con la metodología propuesta por (González y otros, 2008).

De acuerdo al modelo probabilístico de Poisson (Feller, 1991), los periodos de retorno asociados a las construcciones tradicionales de los centros históricos son: 150, 475 y 975 años, sabemos que son pocas las construcciones de Tuxtla Gutiérrez y Tapachula que tienen alto valor histórico para diseñarlas con periodos de retorno tan altos, para este estudio consideramos 150 años. Con las aceleraciones máximas para los distintos periodos de retorno obtenidas por (Salgado, 2005) para Chiapa de Corzo y las obtenidas en el estudio de González y otros, 2008, para Tuxtla Gutiérrez, se obtienen los valores que permiten construir la tabla 3.

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Tabla 3. Daños medios esperados en la vivienda tradicional de Tuxtla Gutiérrez y Chiapa de Corzo, Chiapas

de acuerdo con la metodología propuesta por (Salgado, 2005)

Periodo de retorno (años)

Daño medio esperado Chiapa de Corzo (por ciento del costo total)

Daño medio esperado Tuxtla Gutiérrez (por ciento del costo total)

150 0.27 0.39 475 0.39 0.56 975 0.52 0.71

Considerando este número importante de porcentaje de daño esperado, el CENAPRED consideró a los sistemas de adobe, bambú, lámina, cartón, entre otros como se observa en la figura 3 como muy vulnerables, es decir, que la probabilidad de que sufran daños en zonas sísmicas ante eventos de mediana magnitud es muy alta.

PATOLOGÍAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDA EN CHIAPAS QUE LAS HACEN VULNERABLES

No podemos olvidar que el grueso de la construcción de los centros históricos son construcciones de mampostería generadas por autoconstrucción, cercano al 65% (Bazán 1985), lo que significa estructuras donde generalmente no se cuenta con ningún proyecto, estudio o memoria, resultando generalmente construcciones con un control de calidad muy bajo, mayor nivel de vulnerabilidad y patologías relacionadas a los errores comunes no identificados por desconocimiento, creencias de los constructores, entre otros. No obstante que hay un porcentaje cada vez mayor de estructuras realizadas por empresas constructoras, no se libran de presentar patologías. Para poder hablar de patologías de la construcción en Chiapas debemos entender como patología las deficiencias sistemáticas que se presentan en la mayoría de las construcciones, las que se propagan por cuatro causas básicamente:

1. Mala calidad de los materiales empleados en la construcción de la vivienda. Las empresas que producen las piezas empleadas en la mampostería (tabiques, bloques, tabicones), generalmente son artesanales con pobre control de calidad.

2. Errores constructivos que no son identificados como tal por los constructores, por falta de

actualización técnica que los lleva a repetir prácticas incorrectas, que se les otorga el calificativo de paradigmas constructivos, los cuales sobrevienen por desconocimiento y falta de capacitación de algunos integrantes del sector. (González y otros, 2004)

3. Falta de la cultura de la calidad en la supervisión. La supervisión de las obras en general es nula (el

mismo constructor se supervisa a sí mismo) o ejecutada por personal sin la capacitación suficiente, ya que se emplean recién egresados a quienes se les enfatiza y prepara en la empresa, para verificar los avances de obra y los costos de estos avances, dejando en muchas ocasiones de lado la calidad.

4. Falta de reglamentos, normas técnicas y legislación en materia de construcción, que se basen en

estudios de los parámetros índices específicos de los materiales locales y regionales. En ello las universidades y las autoridades de la región no se habían involucrado en la medida de la importancia del problema, ya sea por falta de infraestructura, de personal suficiente y/o de apoyos para la investigación.

Existen factores que se presentan en el proceso constructivo, los cuales no se pueden atribuir a los cuatro puntos que se describen en la lista anterior, ya que son debidos directamente al deseo de producir construcciones a un menor costo, tal es el caso del uso de sistemas estructurales sin estudios previos que los avalen, y el uso de normativas que no sean propicias para lo que se diseña, entre otras.

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Adicionalmente, podemos mencionar patologías debidas a la falta de conocimiento y/o estudio de los procesos químicos, físicos y biológicos de los materiales, por ejemplo: generación de hongos por presencia de materia orgánica en el agua o en los materiales empleados para la construcción de la mampostería, la lluvia ácida que corroe y meteoriza las construcciones, las raíces de árboles y plantas que se introducen bajo la estructura de cimentación y muros produciendo oquedades y por consiguiente asentamientos diferenciales que redundan en un cambio en la forma de trabajo de los elementos de cimentación de compresión a flexión, entre otros (González y otros, 2004).

DEFICIENCIAS EN LA MAMPOSTERÍA: PIEZAS, MORTEROS Y CONJUNTO En el estado de Chiapas se presentan cambios importantes en las características de los materiales de construcción que surgen del subsuelo (principalmente piezas para mampostería – bloques, tabicones y tabiques - y agregados – gravas y arenas -), por lo cual deben hacerse investigaciones para identificar las condiciones de cada región haciendo muestreos en distintos bancos de material y plantas de fabricación. Para ejemplificar lo anterior, Ruíz y otros, (2006) realizaron una investigación estadística en la capital del estado, donde se ejecutaron pruebas en el laboratorio de materiales de la Facultad de Ingeniería de la UNACH a las piezas, morteros y mamposterías de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, tanto en tabiques de arcilla y bloques de concreto, colocados en pilas verticales de cinco piezas para tabique y dos piezas para los bloques, para pruebas de compresión pura en muretes. Las pruebas se realizaron de acuerdo con lo solicitado en el protocolo de pruebas del apéndice A de las NTCM-RCDF-2004 (Normas Técnicas Complementarías de Mampostería del Reglamento de Construcción del Distrito Federal) y la NMX-C-404-ONNCCE-1997 (Normas Mexicanas y el Organismo Nacional de Normalización de Materiales Componentes y Sistemas Estructurales). De los resultados de las pruebas se puede afirmar que en Tuxtla Gutiérrez se presentan piezas con capacidades a la compresión en rangos desde 1.5 y hasta 4MPa (Desde 15 y hasta 40Kg/cm2), lo cual es muy pobre considerando que el RCDF en sus NTCM-2004 permite emplear piezas con resistencias superiores a los 6MPa (60Kg/cm2). Los resultados obtenidos por los estudios anteriores son consistentes con lo que se han registrado en estudios encontrados en la literatura, donde se enfatiza la variación y poca resistencia de las piezas en el estado, siendo mayor este fenómeno en la zona Norte y en la Región Central, donde se ubica la capital del estado Tuxtla Gutiérrez y las piezas con mayor resistencia se ubicaron en el Soconusco (González y otros, 2004). En la figura 5, se observan elementos orgánicos contaminantes de la pieza, los cuales están dispersos en la estructura interna del mismo bloque, este tipo de patologías en las piezas suele ser recurrente en la región de los Altos de Chiapas y determina la resistencia final, el tiempo de vida de la construcción e incluso la propensión de la pieza a ser atacada por hongos y bacterias.

Figura 5. Fragmento de bloque de concreto contaminado con matería orgánica, la pieza corresponde a un fabricante de San Cristóbal de las Casas, Chiapas, en esta región se suna a las patologías el fenómeno de

reacción química alcalo silice.

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Analizando los requisitos para el desarrollo de mampostería estructural dados por las NTCM-RCDF-2004 y retomados por el reglamento de Chiapas, el cual considera ocho de los municipios del estado, entre ellos el de Tuxtla Gutiérrez, se realizó un estudio que muestra el efecto de considerar las resistencias reglamentarias del mortero estructural que van desde los 4MPa para mortero tipo N y hasta 12.5MPa para mortero tipo M (Desde 40 y hasta 125Kg/cm2) con la combinación de resistencias para piezas encontradas por Ruiz y otros, (2006) y así obtener las resistencias de los muros que se construyen en Chiapas y las consecuencias de tener resistencias muy bajas en las piezas. En la Tabla 4 se muestran los rangos de resistencias de tabiques y bloques avaladas por los reglamentos de construcción del Distrito Federal y los valores de resistencias encontrados por Ruíz y otros, (2006) para Tuxtla Gutiérrez. También se consideran los tres tipos de morteros estructurales solicitados por los reglamentos de construcción. Con la combinación analítica de estos parámetros se obtienen resistencias del conjunto piezas y mortero, el cual técnicamente se denomina mampostería.

Tabla 4. Comparativa de resistencias de piezas, morteros y mampostería para el Distrito Federal y la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas

Resistencia a la compresión de piezas (f’p), con base en área neta, (kg/cm2) RCDF

Resistencia a la compresión de piezas (f’p), con base en área

neta, (kg/cm2) encontradas en Tuxtla Gutiérrez

Tabiques M S N Tabiques M S N500 160 130 110 50 48 39 33400 140 110 90 40 42 33 27300 120 90 70 30 36 27 21200 80 70 50 20 24 21 15150 60 60 40 15 18 18 12100 40 40 30 10 12 12 90 0 0 0 0 0 0 0

Bloques M S N Bloques M S N200 100 90 80 20 30 27 24150 75 60 60 15 22.5 18 18100 50 45 40 10 15 13.5 120 0 0 0 0 0 0 0

Resistencia a la compresión de la mampostería (f’m), con base en el área

neta, (kg/cm2)

Resistencia a la compresión de la mampostería (f’m), con base en el área

neta, (kg/cm2)

En la gráfica que corresponde a la figura 6a y 6b, se muestra la pobreza de los muros construidos en la mayoría de las regiones de Chiapas con piezas débiles, lo que permite preveer que las construcciones presentaran un comportamiento más frágil del deseable (propenso a fallas súbitas) y que el proyecto arquitectónico demandará mayores longitudes de muros y/o espesores de estos en ambas direcciones de análisis (longitudinal y transversal), lo cual generalmente no se hace, como puede verse en las plantas arquitectónicas que se muestran en la figura 7, y que representan plantas tipo de proyectos arquitectónicos que se construyeron en la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas en los últimos tres años.

Figura 6a y 6b. Se muestra respectivamente la comparación de las resistencias de mampostería de piezas de

tabique (a) y bloques (b) de acuerdo con RCDF y RCCH.

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En la figuras 7a, 7b, 7c y 7d se muestran cuatro plantas arquitectónicas de construcciones de distintos fraccionamientos desarrolladas por empresas constructoras locales, las cuales muestran que la longitud de los muros en la dirección x no son adecuadas, ya que las NTCM-RCDF-2004 castigan a los muros con longitud menor a 1,500mm, por lo cual su diseño requiere de elementos más resistentes (muros de concreto) y más número de detalles estructurales para asegurar un diseño menos vulnerable.

Figura 7a, 7b, 7c y 7d. Se muestran cuatro plantas arquitectónicas de fraccionamientos de interés social y

medio en la ciudad donde se observa como se agudiza el problema de la pobre resistencia de la mampostería con la escasa cantidad de muros en la dirección x de las estructuras.

En los centros históricos también hay viviendas de adobe, desafortunadamente no hay estudios profundos, por lo cual se seleccionaron los de Vera y otros, 2004 para evaluar la vulnerabilidad por su similitud con el adobe que se construye en Chiapas y por ser de los estudios más recientes que se han hecho en México al adobe artesanal y semi tecnificado. Como se observa en las gráficas de las figuras 8a, 8b y 8c muestran una gran dispersión en las propiedades índice del material tal como se observa en los rangos de los datos que dieron origen a las gráficas:

• Resistencia a compresión f*m desde 0.18MPa (1.81 Kg/cm2) y hasta 0.76MPa (7.57 Kg/cm2) • Modulo elástico E desde 76MPa (760 Kg/cm2) y hasta 4,943MPa (49,430Kg/cm2). • Resistencia a corte v* desde 0.04MPa (0.37 Kg/cm2) y hasta 0.08MPa (0.76Kg/cm2).

Figura 8a, 8b y 8c. (a) Se observa la variación de la resistencia al corte de las piezas de adobe, (b) Se muestra la variación del módulo elástico y en (c) La variación de la resistencia a compresión del conjunto

adobe con mortero. Gráficas elaboradas con los estudios (Vera y otros, 2004).

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En la actualidad se continua empleando el mismo sistema constructivo y estructural de adobe y mampostería sin refuerzo, sin embargo, debido al elevado costo de los terrenos se quiere aprovechar al máximo el área de éstos, por lo cual se reducen los espesores y densidades de muros como si se tratara de sistemas de mampostería de tabique de barra recocido o block de concreto, sabiendo que el adobe como conjunto presenta un valor cercano al 10% de la capacidad a compresión y corte de las piezas que conforman los sistemas estructurales a los que se quieren imitar con adobe. Además hoy en día las construcciones presentan irregularidades por la configuración en planta (plantas alargadas), por la falta de muros repartidos regularmente en ambas direcciones, con el fin de disminuir los efectos de torsión. Cabe resaltar que la relación de aspecto de la planta (razón entre el largo y el ancho) influye significativamente en la respuesta estructural, ya que la señal sísmica inducida en uno de los extremos respecto al otro induce deformaciones diferenciales, las diferencias son mayores entre más alargada sea la planta. En la figura 6 se observa que entre más alargada es la planta arquitectónica, los esfuerzos se concentran y maximizan en las esquinas y la participación del resto de los muros perimetrales del lado largo de la planta es menor, impacta de manera muy importante, ya que entre más alargada es la planta se aporta más masa inercial (fenómeno que es común en iglesias donde termina por desprenderse el frontis).

Figura 9a, 9b y 9c. Plantas típicas de construcciones de Chiapas con distintas relaciones de aspecto (1:5, 1:4 y 1:1.5, respectivamente), modeladas con SAP2000 v10.0.1. Advanced (González y otros, 2007).

En la figuras 10a y 10b se muestran los resultados del trabajo referido (González y otros, 2007), donde se aprecia cómo se reduce la capacidad de desplazamiento y rotación en plantas alargadas de estructuras. Los resultados de las gráficas para las distintas relaciones están normalizados respecto a plantas arquitectónicas cuadradas (con relación largo ancho 1:1). La capacidad de desplazamiento se reduce hasta un 50% y la de rotación hasta en un 80%.

Figura 10a y 10b. En las gráficas se muestra como se reducen las capacidades de desplazamiento y rotación

para estructuras con relaciones largo ancho desde 1:1 y hasta 1:5 (González y otros, 2007).

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En el estudio (Aguilar, 2006 y Salgado, 2005) se calibraron los modelos analíticos con los resultados de un análisis de vibración ambiental. Dentro de las características dinámicas del sistema constructivo en viviendas del Centro histórico de Tuxtla Gutiérrez y Chiapa de Corzo, se destaca que son estructuras muy rígidas donde el período para estructuras de una planta está entre 0.10seg y 0.15seg y de dos plantas entre 0.15seg y 0.25seg, periodos que corresponden a los del suelo.

CONDICIONES DE LOS CENTROS HISTÓRICOS DE TUXTLA GUTIÉRREZ Y TAPACHULA Los sistemas constructivos empleados en los centros históricos de Chiapas son muy diversos y se caracterizan por la variedad de materiales, niveles de mantenimiento y conservación, pero se generaliza un uso cada vez más comercial, el cual tiene a modificar la estructura existente en la mayoría de los casos sin intervención estructural, ver figuras 11a y 11b.

Figura 11a y 11b.Características del centro histórico de Tapachula de Córdova y Ordoñez, Chiapas.

Las estructuras del centro histórico de éstas ciudades se caracterizan por tener poca o nula cantidad de refuerzo, pero tenían una cantidad importante de muros que por la necesidad comercial ha sido modificado lo que predice tendrán un comportamiento estructural muy pobre durante eventos sísmicos moderados e intensos, ya que un porcentaje muy bajo de estos proyectos se hacen respetando un código, sin supervisión técnica ni materiales adecuados, menos aún partiendo de un proyecto ejecutivo que considera lo estructural como parte integral. Cuando se presentan fenómenos naturales como huracanes, sismos o inundaciones, en distintos países del mundo, las construcciones de adobe o mampostería sin refuerzo o mal reforzada han mostrado por lo general un comportamiento estructural inadecuado, deterioro significativo y en algunos casos se presentó el colapso parcial o total, aunado en un gran número de decesos y pérdidas económicas (Hernández y otros, 1979).

Figura 12. Mapa de la República Mexicana donde se muestra el comportamiento del empleo de viviendas de adobe (Vera y otros, 2004)

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En el sureste mexicano por tradición los centros históricos se construyeron con adobe y madera, hasta finales del siglo XIX se entendía su uso masivo por ser el único sistema estructural que por las características de la región era factible de ser empleado, éstos materiales predominan en Tapachula no así en Tuxtla Gutiérrez que es una ciudad joven. Aunque en la mayoría de las regiones del país han disminuido el uso de estructuras de adobe, hay otras en las que se mantiene el porcentaje, tal es el caso del estado de Chiapas como se muestra en la figura 12. En la figura 12 también se resaltan los casos de Guerrero, Oaxaca y Chiapas, los cuales son muy ejemplificadores, ya que estos tres estados se ubican en la región con mayor peligro sísmico del país y cuentan con un importante grupo de viviendas de adobe que corresponden al 34.77%, 26.69% y 17.12%, respectivamente e incluso en algunas de las localidades rurales de estos tres estados, las construcciones con adobe alcanzan hasta el 90% del total de las construcciones existentes (Vera y otros, 2004). De acuerdo con el análisis de los datos de censos de población y vivienda 2005 se determina que mientras el número de construcciones de adobe en las zonas rurales va aumentado, en los centros históricos urbanos de Chiapas muchas de las viviendas de adobe son demolidas para cambiar el sistema constructivo por mampostería tradicional y para hacer construcción vertical, ya que el valor del suelo aumenta al ubicarse en el centro de la población, aunado al intemperismo, el paso del tiempo y los sismos, factores que han hecho que su número vaya en franco declive, como se puede ver en las fotografías de la figuras 13a y 13b, donde se presenta la demolición de una vivienda de adobe de dos niveles en el centro histórico de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, para la construcción de un edificio con estructura metálica y la demolición en el año 2006 de otra vivienda de adobe para la construcción de locales comerciales con estructura de mampostería confinada.

Figuras 13a y 13b. Demolición en el año 2007 de vivienda de dos niveles y en año 2006 una vivienda de un nivel de estructura de adobe ubicadas en el centro histórico de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas

Este fenómeno de decrecimiento de viviendas de adobe en las ciudades no es un fenómeno apreciado en el medio cultural, entre los historiadores, arquitectos y/o restauradores, pero es un fenómeno que se incrementa en las ciudades con fundación reciente o con escaso proteccionismo a sus monumentos históricos, prácticamente todos estos elementos se conjuntaron en las viviendas de adobe de Tuxtla Gutiérrez e incluso en ciertas zonas de ciudades con imagen colonial, como el caso de Chiapa de Corzo. En Tuxtla Gutiérrez se encontraron solo 28 construcciones de adobe en 589 estructuras censadas en el centro histórico (Hernández, 2005, Guillén, 2005).

MICROZONIFICACIÓN DE TUXTLA GUTIÉRREZ Y TAPACHULA A mediados de los noventa, la UAM Azcapotzalco (Alonso y otros, 1995) coordinó a un equipo de especialistas que determinó el primer mapa de Microzonificación para la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, donde mediante vibración ambiental se estudiaron 75 puntos de la ciudad considerando espectros de Fourier. En este trabajo se hicieron adicionalmente las primeras aproximaciones para la microzonificación en la ciudad de Tapachula, los cuales no se concluyeron.

12


Los trabajos desarrollados incluyeron un mapa de isoperiodos que manifestó que la ciudad presenta un suelo muy homogéneo con tres curvas: 0.15, 0,20 y 0.25. Lo que redunda en un solo espectro para suelo firme con amortiguamiento del 5.0% y con un coeficiente sísmico de 0.60, el cual difiere con otras propuestas que van desde 0.30 y hasta 0.75., como se observa en la figura 12. Los resultados anteriores muestran lo vulnerable que son las estructuras que se diseñaron previos al sismo de Villaflores en 1995, donde el coeficiente sísmico llegó a un valor de 0.12g, cinco veces menor que el propuesto en los estudios anteriores.

Figura 12. Comparación de los espectros resultados de distintos estudios en el estado de Chiapas (Alonso y otros, 1995).

Los estudios de microzonificación para la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas continuaron en los años 2004, 2005 y 2006, con los trabajos desarrollados por la UNACH y la UNICACH (Narcía y otros, 2006), mediante los cuales se complementó el mapa de microzonificación para la ciudad, considerando las nuevas colonias y refinando puntos del estudio previo (se pasó de 75 a 96 puntos de medición), los resultados se observan en la figura 13.

Figura 13. Período natural de vibración del suelo de acuerdo con los estudios de Narcía y otros, 2006. El estudio señaló que el periodo natural de los suelos de Tuxtla Gutiérrez es de 0.10 a y hasta 0.53seg., las amplitudes encontradas son del orden de 13 y se hace conciencia de la vulnerabilidad sísmica de la cuenca sedimentaria donde se desplanta la ciudad. En la figura 14 se presentan los espesores de los sedimentos que van desde 3,820 y hasta los 19,950mm. Se concluyó que el terreno debe clasificarse como firme, para las zonas rígidas e intermedio para la mayoría del valle, la variación de los espesores de sedimentos aportan al efecto de sitio para el suelo de la ciudad una velocidad promedio de ondas de corte β=1.5x105mm/s.

13


Figura 14. Espesores de los sedimentos para Tuxtla Gutiérrez con los estudios de Narcía y otros, 2006.

ESTUDIO DE VULNERABILIDAD DE TUXTLA GUTIÉRREZ Y TAPACHULA La ciudad de Tuxtla Gutiérrez presenta un crecimiento poblacional muy importante, siendo una de las diez con más crecimiento del país, así como en la construcción de viviendas nuevas, lo cual se observa en las figuras 15a y 15b, de acuerdo con lo reportado en la página internet del INEGI, éste factor ha potenciado la vulnerabilidad de la ciudad.

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Crecimiento de la población en Tuxtla Gutiérrez

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

Viviendas Particulares Habitadas

Figura 15. Crecimiento poblacional y en número de viviendas habitadas de la ciudad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, de acuerdo con lo reportado por el INEGI.

Tomando como referencia de un promedio de 25 estructuras por manzana en la investigación realizada en la colonia Roma, en donde se emplearon procedimientos similares a éste. A este número de estructuras por manzana se le llamará ne, y conociendo la cantidad de manzanas Nm se tiene la siguiente relación:

e

m

nNk = (1)

Que constituye la fracción de muestreo, y sea R un número aleatorio con dos cifras decimales significativas entre 0.01 y la relación anterior en el que la parte entera constituye el primer conglomerado en la muestra, agregando la fracción de muestreo al número anterior y tomando nuevamente la parte entera se tiene el segundo conglomerado en la muestra, y siguiendo el mismo procedimiento, hasta completar el número total de manzanas contenidas en la población.

14


knRkRkRR )1(,...,2,, −+++ (2)

De acuerdo al tipo de información disponible en la zona elegida para la investigación, la cual se observa en la figura 16, se considera que el mejor marco de muestreo para este caso es el muestro por conglomerados (manzanas), que después de elegir los conglomerados se continuará con la muestra total de ellos. En este método de muestreo se han considerado a las manzanas como conglomerados, debidamente numeradas desde la parte superior derecha y continuando hacia la izquierda, sobre el croquis correspondiente al área de estudio (Hernández, 2005).

Figura 16. Croquis de la localización del área de estudio en el centro histórico de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, (Hernández, 2005).

A continuación se muestra gráficamente en las figuras 17a y 17b, el porcentaje de vulnerabilidad de estructuras de mampostería y concreto con distintos niveles de refuerzo, siendo la vulnerabilidad A estructuras de adobe y mampostería sin refuerzo hasta niveles muy importantes de refuerzo que alcanzarían grado F. Los autores no consideran que la mampostería tenga vulnerabilidad clasificada como grados E y F, adicionalmente en el muestreo se sobre estima la seguridad de la mampostería alcanzando un porcentaje cercano al 80% las viviendas que se clasifican con menores vulnerabilidades. Los resultados de estructuras de concreto presentan valores más cercanos a la realidad.

4.46 0.54

16.07

71.61

6.960.36

A B C D E F

Porcentaje de vulnerabilidad de estructuras de mampostería con y sin refuerzo

Porcentaje

5.56

66.67

22.22

5.56

C D E F

Porcentaje de vulnerabilidad de estructuras de concreto reforzado

Porcentaje

Figura 17a 17b. Croquis que representa la clase de vulnerabilidad de estructuras de mampostería con y sin refuerzo, así como de concreto reforzado con distintos niveles de detallado en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas

basado en el trabajo de campo de Hernández, 2005.

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En Tapachula, la segunda ciudad en importancia de Chiapas, no existe una normativa obligatoria para el diseño estructural. La mayoría de los proyectos de estructuras de mampostería que se realizan en la ciudad hacen referencia a normativas que no necesariamente tienen aplicación en esta localidad. Es evidente el uso de configuraciones estructurales inadecuadas así como la falta de asesoría técnica en el proyecto, diseño y construcción de estas estructuras. Una revisión preliminar de la información registrada en campo en mayo de 2008, muestra que actualmente predomina la casa construida con muros de ladrillo, techos de teja, de lámina de asbesto o metal y pisos de cemento o firme. El tiempo y los terremotos se han ido encargando de erradicar, en el centro histórico, gran parte de las construcciones anteriores a los años 20 del siglo pasado. Las antiguas estructuras de mampostería sin refuerzo, a base de adobe, en especial las iglesias, se conservan a costa de reparaciones y reconstrucciones destinadas a esperar el próximo sismo (figura 18).

Figura 18.Iglesia en el centro histórico de Tapachula, construida originalmente en el siglo XVIII a base de adobe, reforzada posteriormente con concreto y mampostería.

Las construcciones de mampostería posteriores a los años 20 del siglo pasado, especialmente a partir de la década de los cuarenta, aparentan ser relativamente seguras aunque en muchos casos han tenido que reforzarse con una amalgama de concreto reforzado y mampostería. Pese a que no han sufrido daño notorio ante la presencia de sismos esto no las exime de la conveniencia de un buen programa de evaluación y diagnóstico estructural. En el estudio de campo mencionado se detectó la necesidad de concientizar a la gente de readecuar algunas de las estructuras censadas aunque actualmente tienda a creerse que no hay necesidad porque las edificaciones, o bien han resistido terremotos anteriores, o por ser nuevas son invulnerables a sismos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los centros históricos de las ciudades más grandes e importantes política y económicamente del estado de Chiapas, presentan un riesgo sísmico muy importante caracterizado por factores muy específicos y comunes a ambas ciudades como:

• La alta vulnerabilidad de las construcciones e infraestructura, • La alta densidad de población y marginación de la misma, • La falta de normas de diseño y capacitación del medio de la construcción, • El tiempo transcurrido sin la presencia de fenómenos sísmicos importantes, • El número y cercanía de las fuentes sismogénicas asociadas con la región, • La población y autoridades poco preparadas para enfrentar emergencias sísmicas.

16


En gran parte el problema de las patologías que presentan las construcciones en los centros históricos de Chiapas se originan porque no existe investigación y experimentación de un nivel importante y constante, con lo cual se deriva la carencia de información para integrar reglamentos, normas y procedimientos con las particularidades que deben tenerse en cada región y se termina, en el mejor de los casos, refiriéndose a reglamentos nacionales o internacionales que no siempre dan respuesta clara a las necesidades locales y eso es una constante para la mampostería. Las consecuencias de los sismos ocurridos en la región sureste del país han cobrado vidas, trascendiendo en los grupos con mayor grado de marginación de la población, que por desconocimiento y carencia de recursos, recurre a la autoconstrucción con materiales de baja calidad y pobre comportamiento estructural para edificar su vivienda. La experiencia empírica no necesariamente da respuestas correctas a los procedimientos constructivos que han venido usándose. En este artículo se ha hecho énfasis en la necesidad del conocimiento de las propiedades índices y las características regionales para el diseño y la construcción de estructuras de mampostería, por lo que adicional a identificar el problema y conociendo nuestro compromiso como entidades de educación superior, dos de las universidades públicas de la región (Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas y Universidad Autónoma de Chiapas), trabajamos actualmente en normas técnicas mínimas para Tapachula y Tuxtla Gutiérrez.

AGRADECIMIENTO Los autores agradecen muy especialmente al CONACYT, COCyTECH y al Gobierno del Estado de Chiapas, por financiar los proyectos FOMIX CHIS-2005-C05-22052 y FOMIX CHIS-2007-007-78716, que corresponden a Tapachula y Tuxtla Gutiérrez, respectivamente. El presente documento representa un reporte de las actividades que se han realizado. También se agradece a la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, a la Universidad Autónoma de Chiapas y a la Universidad Autónoma Metropolitana, por el apoyo, tiempo y facilidades otorgadas a los participantes del proyecto para realizar la investigación que se presenta.

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