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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

DISEÑO Y CONSTRUCIÓN DE VIVIENDAS DE MAMPOSTERÍA EN EL BAJÍO

Guadalupe Moisés Arroyo Contreras1, Mario Zermeño De Léon2, Ramírez Jiménez Rubén, Reyes Araiza José Luís, Pérez Lara y Hernández Miguel Ángel

RESUMEN El objetivo de este trabajo es resaltar los trabajos de investigación que se vienen realizando en la región, Centro Norte (Querétaro, Aguascalientes, Guanajuato y San Luís Potosí, entre otros), que sirven de apoyo a los ingenieros estructurales de esta zona, como un complemento a las Normas y Criterios que se han utilizado durante décadas en la Cd. de México, para el diseño y construcción de estructuras en la vivienda. En particular se muestran los resultados de: pruebas experimentales de piezas mampostería de la región, estudios de los efectos de subsidencia y deslizamiento del terreno, que tienen mayor impacto en la vivienda y algunos estudios de seguridad estructural.

ABSTRACT The objective of this paper is to highlight the research work achieved in the Northern Center region of Mexico (Queretaro, Aguascalientes, Guanajuato and San Luis Potosi States) that are used by structural engineers as a complement of the Building Code of Mexico City. This Code has been used during decades in the design and construction of houses. Meanly are shown the results of experimental test on local masonry pieces, studies of the effect of ground subsidence and slipping, which have a major impact on housing, and some structural safety studies.

INTRODUCCIÓN Los asentamientos humanos precolombinos en la región centro norte del País no eran tan importantes como los que se tenían en la zona centro-sur del País, como eran los desarrollos urbanos que había en México, Oaxaca, Yucatán, entre otros. En particular se puede comentar que el Estado de Querétaro fue habitado en sus orígenes por indígenas Otomíes y Tarascos. Se encuentran vestigios de asentamientos humanos, como lo son los ubicados en el municipio de Corregidora, ubicado al oeste de la ciudad de Querétaro, dentro del que sobresalen los lugares conocidos como “La Pirámide” (ver foto 1) y el sitio arqueológico de “El Cerrito”. En el municipio de San Joaquín, se localiza la zona arqueológica de “Ranas” y “Toluquilla”, como se puede apreciar en la foto 2. En la región centro norte del País, las construcciones de mampostería empieza principalmente en la época de la colonia. Como muestra, se puede mencionar que la ciudad de Querétaro, ubicada en el centro del territorio nacional, fue fundada en el año de 1531, en ella se desarrolla una gran cantidad de edificaciones a partir de esa época, entre estas construcciones se tienen: el Convento Grande de San Francisco (1540, foto 3), El Real Convento de Santa Clara (1606), El Convento de la Santa Cruz (1609), El Convento de Capuchinas (1721), El Acueducto (1726, foto 4), El Templo y Convento de San Agustín (1731-1736), El Convento de Santa Rosa de Viterbo (1752), El Oratorio de San Felipe Neri (1763), El Templo y Convento de Terersitas (1806), entre muchos otros. Los cuales nos dan idea de la majestuosidad y belleza de las construcciones que predominan en la parte antigua de esta ciudad.

1 División de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería, UAQ, Centro Universitario, Cerro de las Campanas, C.P. 76010, Santiago de Querétaro, Qro. México, Email: [email protected] 2 Dpto. de Construcción y Estructuras, Centro de C. del Diseño y la Construcción, UAA, Blvd. Universidad No. 940, Aguascalientes, Ags. [email protected]

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mailto:[email protected]

V Simposio Nacional de Ingeniería Estructural en la Vivienda Queretaro, Qro. 2007

Foto 1 Pirámide Pueblito.

Foto 2 Ranas.

Foto 3 Convento de San Francisco

Foto 4 Acueducto

Así también en el siglo XIX se construyeron una gran cantidad de haciendas cercanas a la ciudad, que incluso algunas de ellas ya quedaron integradas al crecimiento de la mancha urbana, dentro de las cuales podemos mencionar las haciendas de “El Tintero”, “Carretas”, “La Capilla”, “Casa Blanca”, El Rocío”, en Querétaro (ver foto 5).

Foto 5 Ex-hacienda en la cd. de Querétaro

Las estructuras de mampostería de material natural (piedra volcánica, cantera, mármol, por mencionar), han sido utilizadas desde tiempos inmemorables por el ser humano, sin embargo, con el avance de la tecnología y la necesidad del empleo de nuevos materiales, en construcciones relativamente más recientes, se inicia la fabricación y utilización de materiales procesados y elaborados por el hombre, como son los bloques de

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En esta parte del trabajo se muestran a continuación los resultados de estudios experimentales de piezas de mampostería a compresión, pilas y muretes, que se han estado realizando a través de tesis de licenciatura y maestría de la UAQ, además como consecuencia de estudios de seguridad estructural de edificaciones de mampostería como la escuela primaria Josefa Ortiz de Domínguez y el Teatro-Cine Alameda, en Querétaro y el templo San Felipe en Aguascalientes, entre otras participaciones.

diversos tamaños, algunos de ellos se usan en “crudo” (como los adobes y tabiques o bloques de cemento) y otros “cocidos” (por ejemplo los tabiques rojos recocidos y bloques cerámicos). En nuestros días el uso de estos materiales en las construcciones, siguen siendo de uso común, de manera tal que la mampostería representaba en la región, hasta los años 80, el tipo de construcción más importante. Por lo que es importante establecer y estudiar sus características y propiedades mecánicas, así como sus leyes de comportamiento. En el caso de la cd. de México, el Instituto de Ingeniería viene trabajando al respecto desde los años 70, en la región y en particular en Querétaro inician este tipo de trabajos a fines del siglo XX.

NORMATIVIDAD Para el diseño y construcción de viviendas en la región, no existen normas técnicas locales, que tomen, entre otros, las condiciones y características locales. Se están realizando esfuerzos en la región, en este sentido, principalmente en las universidades como la UAQ y la UAA.

ESTUDIOS EXPERIMENTALES DE MAMPOSTERÍA En este trabajo se muestran los resultados de algunos estudios experimentales, que se han realizado en la FI-UAQ, con el fin de estudiar las características físicas y mecánicas de los materiales de mampostería de la región, así como, para deducir criterios y especificaciones locales, que tomen en cuenta las características propias de la región. En particular se muestran los resultados del estudio de las propiedades físicas y del comportamiento mecánico del tabique rojo recocido y del tabicón de concreto, así como de pilas y muretes construidos con dichos materiales. Se realizan pruebas en laboratorio a las piezas individuales muestreadas, determinando las propiedades físicas y mecánicas particulares de cada lote, comparándolas con las normas oficiales. Se construyen pilas y muretes con cada uno de los dos materiales (tabicón de concreto y tabique rojo recocido), efectuando ensayes de laboratorio para conocer el comportamiento de las piezas trabajando en conjunto, esto es, unidas con mortero (mezcla adhesiva) y calibrando los resultados obtenidos con los reglamentos de construcción vigentes. Ensayes de Laboratorio El muestreo de los especimenes de tabique rojo recocido se realiza de manera aleatoria en las zonas de estudio, cumpliendo con el mínimo de tres muestras de 10 piezas, de lotes diferentes de la producción, como señala la propuesta de NTC-RC-DF para el diseño y construcción de estructuras de mampostería en el apartado 2.1.2 (NTC-RC-DF, 2001). Para el caso de los tabicones, se eligen 5 fuentes de abastecimiento de este material, de donde se obtienen las piezas necesarias para la fabricación de pilas y muretes, así como para la determinación de ensayes de piezas individuales a compresión simple. Las pruebas realizadas se sujetan a la NORMA MEXICANA NMX (NMX-C-404-1997-ONNCCE), que se refiere a la “Industria de la Construcción- Bloques, Tabiques o ladrillos y Tabicones para uso Estructural- Especificaciones y Métodos de Prueba”, retomadas en el “Manual de pruebas de materiales”, del laboratorio de Resistencia de Materiales de la FI-UAQ, laboratorio donde se realizaron todas la pruebas presentadas en este trabajo.

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A continuación se enumeran las pruebas de laboratorio que se aplican a las piezas individuales de tabique rojo recocido y a los tabicones de concreto: 1. Módulo de ruptura. El módulo de ruptura (MR) es una prueba que mide la resistencia a la tensión de los

tabiques, y para determinarlo se sigue el procedimiento de la normas ASTM-C67-91, NOM-000-SCFI-1994 (ver foto 6).

2. Compresión simple. La resistencia a la compresión simple depende del tipo de arcilla utilizada, del

proceso de manufactura y del grado de cocción. Para determinar la resistencia nominal a la compresión de tabiques, se siguen las especificaciones de las normas ASTM C67-91, NOM-000-SCFI-1994 (ver foto 7).

3. Absorción. Para la absorción, el procedimiento que se sigue es el que se indica en las normas ASTM

C67-91, NOM-000-SCFI-1994 (ver foto 8). Las pruebas de laboratorio que se aplican a las pilas y muretes de tabique rojo recocido y a los de tabicones de concreto son: a) compresión en pilas (ver figura 1 y foto 9) y compresión diagonal en muretes (ver figura 2 y foto 10). Los resultados de estas pruebas se muestran en las tablas 1, 2 y 3. Se identifican dos patrones de falla en las pruebas de pilas de tabicón de concreto, un agrietamiento longitudinal sobre le lado corto de las piezas (ver foto 11) y un agrietamiento longitudinal sobre el lado largo de las piezas (ver foto 12). En la prueba de tensión diagonal de muretes construidos con tabicones de concreto, el patrón de falla consiste en un agrietamiento longitudinal en el plano del murete, en dirección de la carga de compresión (ver fotos 13 y 14).

Foto 6 Preparación para prueba de MR

Foto 7 Pieza ensayada a Compresión Simple

Foto8 Secado superficial para prueba de absorción

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Figura 1 Pila para prueba en compresión

Foto 9 Pila ensayada

Figura 2 Prueba en compresión diagonal

Foto 10 Ensaye de muretes en la máquina

universal

Foto 11 Patrón de falla en pilas

Foto 12 Patrón de falla en pilas

Foto 13 Patrón de falla en muretes

Foto14 Forma de una parte del murete fallado

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Tabla 1 Resumen de resultados de las pruebas de absorción, módulo de ruptura y compresión simple

TABIQUE ROJO RECOCIDO TABICÓN DE CONCRETO

LOTE 1: LA SOLANA LOTE 1: Qro1 LOTE 2: JOFRE LOTE 2: Qro2 LOTE 3: EL CAPULÍN LOTE 3: Qro3 LOTE 4: Qro4 LOTE 5: Pueblito LOTE %ABS LOTE %ABS

1 19.5 1 29.44 2 23.2 2 25.37 3 25.77 3 30.12

4 36.29 5 29.09 LOTE fr (Kg/cm2) LOTE fr (Kg/cm2)

1 6.74 1 4.57 2 13.01 2 15.61 3 14.88 3 11.82 4 13.8 5 8.9

LOTE *pf ( )2/ cmkg LOTE

*pf ( )2/ cmkg

1 24.11 1 16.11 2 26.4 2 103.27 3 19.16 3 62.28 4 43.47 5 48.4

Tabla 2 Resumen de datos obtenidos del cálculo de la resistencia a compresión en pilas y tensión

diagonal en muretes, fabricadas con tabiques rojos recocidos, según el lote de origen LOTE TIPO DE

MORTERO RESISTENCIA AL CORTE

DEL MURETE mv2/ cmkg

LOTE TIPO DE MORTERO

RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA PILA mf

2/ cmkg SOLANA 1 1.66 SOLANA 1 19.8 2 1.11 2 18.98 3 2.21 3 27.51 JOFRE 1 0.93 JOFRE 1 18.26 2 1.55 2 17.45 3 1.38 3 17.99 CAPULIN 1 1.24 CAPULIN 1 10.55 2 1.62 2 10.02 3 1.68 3 8.44

Tabla 3 Resistencia a compresión en pilas y tensión diagonal en muretes, de tabicones de concreto


RESISTENCIA AL CORTE DEL MURETE mv

2/ cmkg


RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA PILA mf

2/ cmkg QRO-1 1 5.13 QRO-1 1 19.36 2 5.18 2 23.66 3 5.02 3 21.51 QRO-2 1 13.46 QRO-2 1 35.38 2 9.99 2 25.88 3 8.94 3 30.5 QRO-3 1 3.99 QRO-3 1 58.1 2 4.41 2 62.91 3 4.44 3 32.52 QRO-4 1 6.52 QRO-4 1 38.33 2 7.78 2 35.94 3 7.19 3 33.75 PUEBLITO 1 6.3 PUEBLITO 1 26.9 2 6.83 2 12.95 3 7.12 3 15.83

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Conclusiones y Recomendaciones Gracias a los resultados de este trabajo, se siguen sentando las bases para generar, por un lado, conciencia tanto en el sector público como privado, de la importancia de este tipo de estudios para sustentar mejor los diseños de estructuras de mampostería; por otro lado, un ambiente académico propicio en la FI-UAQ para desarrollar este tipo de trabajos. Dados los resultados de baja resistencia, obtenidos de las pruebas a compresión simple de los tabiques rojos recocidos, se recomienda realizar estudios que permitan mejorar los procesos de fabricación, así como las proporciones más convenientes, como por ejemplo estudios físico- químicos de los materiales utilizados en la fabricación de piezas de tabique rojo recocido para caracterizar adecuadamente los materiales utilizados y proponer las proporciones más adecuadas para lograr uniformidad en la producción de este material. Determinar el procedimiento tecnológico que permita la preparación de la dosificación, mezclado y cocido del material, de manera que se puedan establecer parámetros de control de calidad durante el proceso de fabricación. Para la fabricación de los tabiques de concreto, se recomienda determinar las características físicas y granulométricas de la arenilla utilizada en su fabricación, así como, estudios experimentales, haciendo muestras de prueba, para establecer la mejor proporción de cada uno de los materiales, que permitan elevar su resistencia a la compresión simple y a flexión de las piezas. Para la fabricación de las piezas de mampostería y preparación de los morteros, difundir entre las dependencias gubernamentales, colegios de profesionistas y Cámara de la construcción, la norma y aplicación de las proporciones de los materiales recomendadas en las NTC, así como generar las normas locales correspondientes del RC del Mpo. de Querétaro. Para el caso de las pilas y muretes, ya sean de tabique rojo recocido o tabicón de concreto, iniciar líneas de trabajo que permitan entender los fenómenos como la adherencia entre los morteros y las piezas, la retención de agua del mortero y su relación con la absorción de las piezas y la resistencia al deslizamiento o corte del mortero. Identificar o realizar un censo de los productores de la región, su capacidad de producción y zonas de influencia, tanto para los productores de tabique rojo recocido como de tabicón de concreto. Interactuar con los Colegios y Cámara de la construcción, para generar y establecer normas acordes con al tipo de construcciones de la zona, hechas a base de elementos de mampostería con materiales de la región, así como el tipo de control y supervisión tanto de los productores como de la aplicación en obra. ESTUDIO DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL, TEATRO-CINE ALAMEDA, QRO. Antecedentes El Teatro Cine Alameda (T-C Alameda) se construyó en los años 40s, bajo la dirección del Arq. C. Crombe, e inició sus actividades el Teatro en 1946, según consta en la entrada principal del mismo. Estas instalaciones dejan de funcionar en 1994, entre otras circunstancias, a raíz de la creación de dos salas adicionales de 1978, además del cambio de propietario. Cabe señalar que esta edificación no forma parte del patrimonio histórico de la ciudad. El objetivo de este trabajo, es determinar el estado actual de los muros de mampostería, a través de visitas in situ de inspección visual de los elementos, y de pruebas experimentales en laboratorio, para la determinación de las propiedades físicas y mecánicas. Con base en estos trabajos, poder estar en posibilidades de emitir recomendaciones para mejorar el comportamiento estructural de los muros de mampostería ante las nuevas exigencias de carga y tiempo adicional de uso.

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Estructuración del Teatro Cine Alameda En la foto 15 se observa el tipo de estructuración del soporte perimetral de la techumbre del T-C Alameda, así como de los muros de colindancia, formada a base de muros de mampostería confinada, es decir muros de tabique rojo recocido confinado con castillos y dalas de concreto reforzado (fotos 16 y 17), soportada a su vez por mampostería de piedra volcánica (ver fotos 17 y 18).

Foto 15 Muro del lado de la av. 16 de septiembre

Foto 16 Pieza de Tabique

La altura de estos muros es de más de 12 m y el espesor de los mismos del orden de 22 cm, dado que los tabiques rojo recocido son del orden de 38x19x9 cm (foto 16), de manera que los castillos y dalas tienen 22 cm de profundidad por 10 cm de peralte. Se pueden considerar las dalas como elementos acostados, dado que el peralte de 10 cm es menor que su ancho de 22 cm.

Foto 17 Zapata corrida de mampostería

Foto 18 Mampostería de piedra

Exteriormente, del lado del Callejón Matamoros, se pueden observar los muros de la sala 3, del Escenario del Teatro, el balcón y los contrafuertes que ayudan a la estabilidad de los muros laterales del C-T Alameda (fotos 19 y 20). Pruebas Experimentales Para determinar las propiedades mecánicas de los muros de mampostería, se procedió a extraer piezas de tabique y secciones de muros para ser ensayados en laboratorio. El objetivo de tales ensayos es verificar sus propiedades mecánicas actuales.

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Foto 19 Sala 3, Escenario y balcón del

Teatro-Cine

Foto 20 Contrafuertes

Las pruebas efectuadas, para la determinación de las propiedades mecánicas, son: - Resistencia a compresión a piezas, - Modulo de ruptura, - Absorción, y - Resistencia a compresión de secciones de muros. En las foto 21 se muestran los trabajos realizados en el laboratorio de la FI-UAQ, para la determinación del módulo de ruptura de las piezas de tabique rojo recosido, en la foto 22 se ilustran los Ensayos para obtener la Resistencia a Compresión de dichas piezas.

Foto 21 Ensayos para obtener el Modulo de Ruptura

Foto 22 Ensayos para obtener la Resistencia a Compresión

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Los resultados obtenidos de las pruebas experimentales se muestran en la tabla 4. Estos resultados se comparan con los valores propuestos por la norma mexicana NMX-C-404-ONNCCE-2005.

Tabla 4 Resultados y norma asociada Resultados de la prueba Norma para piezas de 6x13x2 cm

MX-C-404-ONNCCE-2005 Resistencia a compresión promedio 23 2/ cmkg 60 2/ cmkg

Módulo de Ruptura 10 2/ cmkg 6 2/ cmkgAbsorción de agua 11.28 % 11-21 %

Se observa que los resultados antes citados son del orden de los permisibles, considerando el tiempo de utilización, de aproximadamente 60 años, durante el cual han dado servicio los muros de mampostería. Por otro lado, cabe señalar que en relación a la resistencia a compresión, si bien es baja respecto a la norma actual, esta resistencia si corresponde con la resistencia de tabiques elaborados actualmente en la región, de aproximadamente 20 . En relación al modulo de ruptura el valor es mayor, lo cual se puede a tribuir a que los tabique de los muros de mampostería del cine teatro tienen mayor peralte o espesor (9 cm.) que los actuales de 7 cm de espesor.

2/ cmkg

Propuesta de Reforzamiento de Muros de Mampostería Las recomendaciones para mejorar el desempeño estructural de los muros de mampostería reforzada perimetralmente, de acuerdo a investigaciones y experiencia profesional, la técnica mas confiable, eficiente y económica para el reforzamiento de los muros, es la colocación de mallas metálicas, preferentemente electro-soldadas o hechas con barras convencionales, adecuadamente ancladas a los muros y recubiertas con 3 cm. o más de mortero o concreto lanzado (Alcocer, 1999). Con esta técnica se pueden esperar incrementos en resistencia, rigidez y capacidad de deformación originales superiores al 20, 50, y 100%, además, se espera que se incremente la resistencia a carga lateral. Dadas las dificultades que tiene el contratista para conseguir los fijadores de la longitud deseada, se propone como una alternativa de fijación de la malla 6-6-1/4-1/4, anclarlas con varillas roscadas de 3/8 (espárragos con cuerda sin fin), de longitud tal que se fijen al mismo tiempo las mallas de ambos lados del muro, colocándose en los extremos de estas varillas unas placas de solera de 5x5cm de lado, por ¼ de espesor, fijadas cada placa con dos tuercas (como se muestra en la foto 23). Las perforaciones en el muro se harán con taladro, a cada tres alambres de la malla, en ambos sentidos.

Foto 23 Anclaje de mallas en muros de mampostería

ESTUDIO DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL, CASA PROTOTIPO UF160-B, GEO – GTO., S. A. DE C. V. En este caso particular se solicitó una prueba de carga en el sistema de piso (figura 3), del entrepiso de una casa de dos niveles, estructurada con vigueta bovedilla. Para llevar a acabo la prueba se utiliza el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RC – DF), 1987. Los capítulos del Título sexto: “Seguridad estructural de las construcciones”, que se aplican al caso estudiado son principalmente los capítulos III de criterios de diseño estructural y XI de pruebas de carga, del RC – DF. En particular los artículos 184, 239 y

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240. Se hace la observación que no se tuvo acceso al “REGLAMENTO DE CONSTRUCCIÓN DEL MUNICIPIO DE CELAYA”, para cotejar los puntos donde existiese diferencias o dificultad en la interpretación de este Reglamento, por omisión y/o error de la especificación, dado que se trata de una obra ubicada en la ciudad de Celaya, Gto. De acuerdo a los Reglamentos de Construcción, es posible comprobar la seguridad de las estructuras por medio de pruebas de carga, si se trata de edificaciones, donde existe frecuentemente aglomeración de personas, cuando no exista suficiente evidencia teórica o experimental para juzgar en forma confiable la seguridad de la estructura en cuestión, así como en este caso estudiado de la casa habitación, donde la empresa GEO lo estima conveniente en razón de duda en la calidad y resistencia de los materiales, en particular del concreto colocado en el firme del sistema de piso. Las pruebas de carga se realizaron en elementos estructurales seleccionados de acuerdo a:

a) su importancia estructural (Trabe portante de viguetas, semi-viguetas centrales y firme), b) ubicación y superficies de carga (firme de la losa de la sala comedor y cocina) y c) deficiencias constructivas (Elementos con fisuras o grietas).

Figura 3 Planta estructural del sistema de piso

La secuencia de la prueba de carga se muestra en la foto 24, la instrumentación y seguimiento de grietas se muestra en la foto 25. Los resultados de la prueba de carga y descarga se ilustran a través de la gráfica 1, donde se muestran las deformaciones de los elementos estructurales críticos instrumentados.

Foto 24 Prueba de carga con bloques

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Foto 25 Instrumentación y seguimiento de: grietas y desprendimiento del material.

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

DEFORMACIÒN EN MM

ESFU

ERZO

EN

KG

/M2

TRABE 2 TRABE 4 TRABE 9 LOSA ENTRE TRABE 9 Y 11

TRABE 11 TRABE 13 TRABE 16 A 0.25 DE L TRABE 16 A 0.5 DE L

Gráfica 1 Historias de carga por unidad de superficie – deformación de los elementos

ESTUDIO DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL, ESCUELA PRIMARIA JOSEFA ORTIZ DE DOMÍNGUEZ, QRO. Frecuentemente en las construcciones existe la duda respecto a la seguridad estructural de parte o de la totalidad de las mismas, por motivos variados como: deficiencias en el proceso constructivo, en la supervisión y control de calidad de la obra, en los criterios utilizados para el análisis y diseño, en la falta de planos estructurales completos, a demanda explícita del propietario, entre otros. Los reglamentos como el del Distrito Federal o el ACI, permiten revisar la seguridad estructural a través de pruebas de carga, donde los criterios de aceptación se sustentan en el comportamiento de falla, la estabilidad y/o buena respuesta de la estructura, monitoreando las deflexiones, agrietamientos y vibraciones. Estos reglamentos indican los estados de comportamientos críticos que hay que contemplar, como los agrietamientos y las vibraciones, sin embargo indican sólo algunos procedimientos a seguir. En general no hay reglas simples que puedan desarrollarse y aplicarse a todos los tipos de estructuras y condiciones, por las incertidumbres implícitas en las variables involucradas y la complejidad en la modelación del comportamiento del sistema estructural. En este trabajo se muestran algunas experiencias y resultados obtenidos en la revisión de la Seguridad Estructural de construcciones, tal como la Escuela Josefa Ortiz de Domínguez.

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El edificio de la Escuela Primaria “Josefa Ortiz de Domínguez”, ubicado en la Av. Hidalgo Pte. No 48, entre las calles de Guerrero y Ocampo, del centro Histórico de la ciudad de Santiago de Querétaro, Mpo. de Querétaro, es una construcción que data del siglo XIX. En la foto 26 se muestra la fachada de dicho inmueble.

Foto 26 Fachada del inmueble de la Escuela Primaria

Descripción de la Estructuración del Edificio. Esta construcción colonial está estructurada a base de muros de mampostería de piedra, columnas y arcos de mampostería de cantera de lado de los patios, sistemas de piso de los entrepisos formados con viguetas de madera, duela, ladrillos y un recubrimiento o firme de concreto, formando un sistema de piso plano, soportado por dichos muros, columnas y arcos (ver fotos 26 y 27). La fachada principal (ver foto 26) consiste de un muro, con aberturas para ventanas y puerta de acceso, es decir, 11 ventanas con balcón en la planta alta y 10 en la planta baja, más la puerta de acceso, los muros tienen aplanados de cal y arena, pintados de rojo ocre. Las ampliaciones más recientes a la construcción vieja consisten en estructuraciones compuestas de sistemas de piso de losa-acero en algunos salones, con vigas soporte de acero, techumbres ligeras de lamina en salones del tercer piso, con muros de tabique vidriado o estriado o hueco, vigas de acero de alma abierta de acero, tipo armadura, para soportar la techumbre de losa-acero del auditorio, estas vigas a su vez están soportadas sobre muros de mampostería, escaleras metálicas para acceso al primer y segundo nivel del lado de la pre-primaria o kinder, finalmente, losas de concreto soportadas por marcos de concreto (vigas y columnas), columna y trabes elementos de concreto.

Foto 27 Estructuración del edificio: sistema de piso, muros, columnas y arcos

Estudios Experimentales y Analíticos Aplicados al Edificio El procedimiento propuesto para generar la información básica para estudiar y dictaminar el estado de seguridad en que se encuentra el sistema y los elementos estructurales críticos del edificio, se describe a través de los pasos siguientes:

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- Visitas de inspección visual con reseña fotográfica, - Trabajos de medición topográfica, - Instrumentación con esclerómetro, - Pruebas experimentales de resistencia a compresión de la cantera, - Pruebas experimentales de mecánica de suelos - Determinación de cargas

Visitas de Inspección Visual con Reseña Fotográfica Gran parte del procedimiento a realizar e identificación de las zonas críticas, para el estudio de seguridad estructural del edificio, se determina con base a las visitas in situ de los especialistas en estructuras y geotecnia. Como resultado de estas visitas se determina que el edificio en general no muestra humedades importantes que pongan en riesgo la capacidad estructural del mismo. Se identifican algunos daños en columnas del patio de acceso principal, así como algunos desplomes en estas columnas. Las flechas en los elementos estructurales horizontales a simple vista no son visibles. Se presenta una vibración mínima en el pasillo del primer nivel, soportado por las columnas agrietadas y apuntaladas de la planta baja. Trabajos de Medición Topográfica Como primer objetivo de estos trabajos de topografía es elaborar los planos arquitectónicos y estructurales del edificio. así como determinar las curvas de nivelación del piso de la planta baja y pasillos del primer nivel, ubicar flechas, desplomes y desniveles críticos. Con los resultados de estos trabajos se elaboran 3 planos: el arquitectónico con plantas y fachadas, con isométricos mostrando la estructuración del edificio, principalmente a base de columnas y arcos; el plano con las curvas de nivelación en pisos de la planta baja (ver figura 4) y los desniveles en pasillos del segundo nivel, e indirectamente las distribuciones de flechas de las losas en pasillos, así como los desplomes de las columnas. Los asentamientos y consolidaciones diferenciales del suelo de la cimentación han provocado parte de los desplomes en las columnas. Estos desplomes y movimientos en la base de las columnas hacen que este elemento estructural y sus diferentes componentes (bloques cilíndricos, bases y capiteles cuadrados) estén siendo demandados a otro tipo de fuerzas (o deformaciones), que las fuerzas demandantes iniciales de diseño, que debieron de ser a pura compresión. En principio el componente de piedra natural de la mampostería utilizada para la construcción de las columnas, es un material rígido (no deformable) que resiste bien a compresión, pero prácticamente nula resistencia a la tensión, cuya falla al límite de su resistencia a la compresión es abrupta y frágil (ver foto 28).

D IR E C C IO NV E SP E R TIN A

A U LA -1A -TM

B O D E G A

P O R TIC O

A U LA 1B O D E G A

C O LU M N A8A

C O LU M N A5A

C O LU M N A6A

C O LU M N A3A

C O LU M N A1A

C O LU M N A2A

C O LU M N A9A

C O LU M N A4A

C O LU M N A7A

Figura 4 Curvas de nivelación de los pasillos y patio de la planta baja

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a) Columna F2, PB

b) Columna F3’, PB c) Columna F3’’, PB Foto 28 Patrones de daños en columnas de la Planta baja

El desplome más importante se da en la columna F3’ (5A) de la planta baja, con 5 cm, y en la columna D’2 (2B) de la planta alta, con 3.8 cm. Aunque es necesario restarle a estos desplomes los errores constructivos y por defectos de falta de control de calidad en la fabricación de los componentes, es en principio difícil de determinar este tipo de influencia. El número de columnas con magnitudes de desplomos mayor que aproximadamente 3 es mayor en la planta alta (con 6 columnas), que en la planta baja (con sólo 3 columnas), debido a que en la planta alta se acumulan a los desplazamientos diferenciales del suelo, los del entrepiso, de losa y volado del pasillo. Esto se puede observar en las columnas D’2 y D’6 que en la planta baja tienen desplomos menores a 3, de 1.75 y 1.5 cm, respectivamente. A causa de los desplomes en las columnas, provocados por los hundimientos diferenciales del suelo y los desplazamientos verticales del entrepiso, las columnas tienen que resistir además de la compresión, empujes del entrepiso y flexiones (por la excentricidad de las cargas), para las que no están diseñadas ni capacitadas, lo que se transforma en movimientos de cuerpos rígidos de los diferentes componentes (como rotación entre bloques, bases y capiteles) y en agrietamientos por tensión: - en la base, con desprendimientos de material en la periferia del bloque circular de la columna, formando

bloques triangulares, donde el lado más grande (la hipotenusa, es el lado formado por el la trayectoria del agrietamiento de tensión provocado por la demanda de flexión y cortante directo en la base, que es a su vez provocado por la demanda del giro o rotación de la columna, que trata de ser impedido por la base de la columna),

- entre uniones de bloques por flexión y tensión longitudinal al elemento, - agrietamientos verticales por tensión perpendicular al eje longitudinal de la columna, que indican que la

expansión lateral del material está alcanzando niveles elevados y por consiguiente la capacidad de carga de la columna.

A través de la unión entre la base y el bloque central de la columna F3’ se pudo obtener el espesor del bloque circular de dicha columna, de aproximadamente 15 cm. En la figura 5 se muestran las dimensiones de la columna tipo. Instrumentación con Esclerómetro Con el objeto de tener una idea de la resistencia a compresión aproximada de la mampostería, utilizada en columnas y muros, se realizan pruebas de impacto con esclerómetro. Para realizar estos trabajos se utiliza un aparato de impacto, llamado Esclerómetro de rebote para concreto. Dependiendo de la posición de la medición, la resistencia puede ser obtenida con las gráficas de rebote Hammner. Cabe notar que los valores más pequeños de resistencia promedio se obtuvieron en la columna E’2 (3A) de la planta baja con valor de 243 y en la columna F3’ (5B) de la planta alta, con valor de 208.5 2. Los valores más altos son la columna D’6 (9A) de la planta baja con 389.43 2 y la columna C’’2 (1B) de la planta alta con 469.95

2/cmkg /cmkg

/cmkg

15


2/cmkg . Por otro lado, el valor de resistencia promedio en las columnas críticas C’’2 (1A) es de 304.06 y F2 (4A) de 353.84 .

2/cmkg2/cmkg

Figura 5 Columna tipo, con dimensiones

Pruebas Experimentales de Resistencia a Compresión de la Cantera Cabe mencionar que la prueba de resistencia a la compresión se pudo realizar gracias a que existía una muestra de cantera, de un desprendimiento en la base de la columna F3’’ (6A), plana baja. Con esta muestra se lograron labrar tres cilindros de ensaye, a las que se les realiza dicha pruebas de resistencia a compresión, en la máquina universal del Laboratorio de Resistencia de Materiales de la FI-UAQ. Dos especimenes dieron una resistencia de 185.8 2 y la tercera dio la resistencia más baja de 142.0

. Cabe señalar que este tercer espécimen era más pequeño que los anteriores con dimensiones de 4.34 cm de diámetro y 8.59 cm de altura que pudo afectar la capacidad de resistencia, por lo que se puede tener como valor representativo de resistencia al valor obtenido con los dos primeros especimenes 185.8 2 . Si se relacionan linealmente los valores obtenidos de estas pruebas experimentales con el valor más bajo, obtenido con la instrumentación de pruebas de impacto del esclerómetro para concreto, se tiene una relación de 89 % del valor del impacto respecto a la pruebas experimentales, es decir (185.8/208.25)100 o de 68%; (142.0/208.25)100, si tomamos el valor de la tercera muestra. La relaciones con el valor más alto de impacto son 40%, (185.8/469.95)100, y 30%, (142.0/469.95)100, respectivamente. Independientemente de la dispersión de los valores, para la revisión de la seguridad estructural del edificio se toma el valor mínimo de resistencia obtenido de todas las pruebas, es decir el valor de 142.0 2 .

/cmkg2/cmkg

/cmkg

/cmkg Pruebas Experimentales de Mecánica de Suelos Para ver el estado en que se encuentra el suelo de la cimentación se procede a obtener muestras inalteradas del suelo próximo a la cimentación de la columna crítica, realizando un pozo a cielo abierto (foto 29). Se realizan pruebas experimentales de mecánica de suelos en el laboratorio de la FI-UAQ, con el fin de poder determinar el tipo de suelo, su resistencia a cortante o compresión y humedades. En la foto 5 se muestran los trabajos de excavación, extracción de muestra inalterada y profundidad de los muros de carga del edificio. Se puede observar que los muros no sólo continúan con mismo espesor, como muros de cimentación, sino que también, por alguna razón no constructiva o por necesidades de cambios en el nivel de la calle posteriores a la construcción del edificio (entre otras posibilidades), estos muros de cimentación fueron aplanados y pintados, por abajo del nivel de piso, al menos en este lugar. Entre los resultados más importantes del estudio de mecánica de suelos se pude mencionar que el desplante de la cimentación está a 1.05 m, sobre una arcilla inorgánica de alta compresibilidad, color negro, con un porcentaje de expansión de sólo 0.5%, o material estable, con capacidad de carga admisible del suelo de 18 , considerando un material puramente cohesivo.

2/ mton

16


Foto 29 Trabajos de excavación, extracción de una muestra de suelo y profundidad de

desplante de los muros de cimentación Determinación de Cargas Para el análisis y revisión de los elementos críticos, se determinan las cargas actuantes tanto muertas como vivas, identificando los tipos de materiales utilizados en la construcción, el tipo de mobiliario y personas que utilizan el inmueble. Dado que se trata de una Escuela, clasificada como estructura tipo A, la Carga Viva de diseño es de 350 ( )2/ mKg , de acuerdo al Reglamento de Construcción del Mpo. de Querétaro. La Carga Muerta depende principalmente del peso propio de la estructura, es decir del peso de los muros, columnas y sistemas de piso. La cargas muertas obtenidas son: del entrepiso: zona A 263.0 ( )2/ mKg y zona B 566.5, ( )2/ mKg , de la azotea: zona C 388.0 ( )2/ mKg y zona D 529.0 ( )2/ mKg . Para tener una idea del nivel de esfuerzo a que están sometidos los elementos críticos, durante las condiciones normales de operación, se obtienen también las cargas vivas de operación de la Escuela (personal académico, alumnos y mobiliario). Análisis de Resultados y Dictamen de Seguridad Estructural Los desniveles en entrepisos (losas de pasillos y aulas) o desplazamientos verticales perpendiculares al plano de la losa, se consideran no significativos, con valores menores a 1 cm, tomando en cuenta la antigüedad del edificio. Las distorsiones en las columnas críticas se muestran en la tabla 5, con desplomes mayores a 2.7 cm, considerando una longitud promedio de 215 cm en estos elementos estructurales.

Tabla 5 Distorsiones en columnas con desplome mayor que 2.7 cm Columna Desplome

(cm) Distorsión

F3’ (PB) 5.0 0.023 E’6 (PB) 4.5 0.021 F6 (PB) 3.5 0.016 D’2 (PA) 3.8 0.018 E’6 (PA) 3.5 0.016 D’6 (PA) 3.2 0.015 F3’ (PA) 3.2 0.015 F6 (PA) 3.0 0.014 E’2 (PA) 2.8 0.013

De acuerdo a los criterios de seguridad propuestos por Meli (1998) y al Reglamento de Construcción y de los Servicios Urbanos para el Municipio e Querétaro (1991), se puede utilizar la siguiente expresión, ec. 1, para la revisión de la capacidad de la columna crítica F2, construida con mampostería de piedra natural:

SSRóSR 53.05.15.13.0 =≥= (1)

17


donde R es la resistencia de la columna a compresión y S la demanda de diseño. La columna F2 de la planta baja está cargando tanto la carga proporcionada por el área tributaria de la losa del pasillo del primer nivel como de la losa de azotea o segundo nivel (ver figura 6), así como la columna del primer nivel. Tanto la losa del pasillo del primer nivel como de esta parte de la azote se consideran losas tipo A. El peso de la columna se puede obtener, considerando el peso volumétrico del material igual a 2600

3 , el volumen de la base y capitel igual a 0.202 y el volumen del bloque central igual a 0.27 : .

/ mKg3m 3m

kgmkgmPc 227,1)/600,2()202.027.0( 33 =+=

AREA= 6.85 M2

Figura 6 Área tributaria que soporta la columna 4A

El peso propio para la losa tipo A es de 263 ( )2/ mKg . El área tributaria para esta columna es de 6.85 , ver figura 2. Por lo anterior la Carga Muerta (CM) es : . La Carga Viva (CV) de diseño por metro cuadrado, de acuerdo al RC, es igual a 350

2mkgmmkgkgCM 830,4)85.6(/263)2(227,1 22 =+=

( )2/ mKg , por consiguiente la CV de las áreas tributarias es: . La carga de diseño factorizada es igual a:

kgmmkgCV 795,4)2()85.6(/350 22 ==kgkgCVCMSC 125,48)795,4830,4(5)(55 =+=+== .

La resistencia a compresión de la columna se puede calcular de diferentes maneras. En forma directa la resistencia se puede obtener en función del área de la sección transversal y del esfuerzo obtenido de las pruebas experimentales, sin tener en cuenta la esbeltez, las condiciones de apoyo de los extremos y la degradación del material:

kgSCkgcmcmkgARPc 125,485276,167)178,1(/142 22 ==>==== σ ,

. 22222 178,1)520(1416.3)( cmrrAdonde ie =−=−=π Tomando en cuenta la esbeltez de la columna y dos posibles condiciones de apoyo en los extremos, aplicando la expresión de Euler se tiene:

a) kgSCkgcm

cmcmkgKl

EIPc 125,485105,125

)215()297,29)(/000,20(1416.3

2

42

2

2

==>===π ,

4332 297,29)15()5.12()(/000,20,1 cmcmcmtrIecmkgEKdonde m ===== ,

b) kgSCkgcm

ccmkgKl

EIPc 125,485276,31

)215(4)297,29)(/000,20(1416.3

2

42

2

2

==<===π ,

18


. 4332 297,29)15()5.12()(,/000,20,4 cmcmcmtrIcmkgEKdonde m ===== Es decir que, considerando K = 1, sin posibilidad de desplazamiento en la parte superior de la columna, la columna es capaz de absorber la demanda, o en caso de que K = 4, con plena libertad de desplazarse en la parte superior de la columna, la demanda estaría por arriba de la capacidad de la columna. El estado actual que guardan las columnas se encuentra en este intervalo, dependiendo del desplome y de la posibilidad de desplazamiento en la parte superior de las columnas o en la unión o conexión de la columna con el sistema de piso o techo. Otra constante que habría que definir con mayor precisión, en trabajos futuros, es el módulo de elasticidad, E, de la mampostería utilizada en la construcción de las columnas, formada principalmente con bloques de cantera. Conclusiones y Recomendaciones Este trabajo se puede considerar como el primer antecedente histórico, para fines de seguimiento del comportamiento estructural del edificio que alberga la Escuela Josefa Ortiz de Domínguez, dado que no se encontraron registros técnicos de soporte para su construcción (como planos arquitectónicos, estructurales, de instalaciones, entre otros), del procedimiento utilizado en dicha construcción, de las diferentes intervenciones que ha tenido el edificio, así como información de soporte técnico del tipo de ampliaciones que ha tenido dicha construcción histórica. Como resultado de este estudio de seguridad estructural del edificio se dan las siguientes recomendaciones. Se requiere intervenir prioritariamente las columnas con agrietamientos verticales: C’’2 y F2, en planta baja, corrigiendo los desplomes y reforzando la base de la cimentación o desplante de las columnas, así como, las columnas D’6, C’’6 y G6, de la planta alta. Estas columnas en particular tienen fallas del tipo de agrietamiento vertical que muestran niveles elevados de expansión lateral del material y al límite de capacidad de carga. Posteriormente, en las demás columnas se tienen que ir corrigiendo los desplomes, empezando en la planta baja, dependiendo la importancia en la magnitud del desplome: F3’ (5 cm), E’6 (4.5 cm) y F6 (3.5 cm), de la planta baja, y D’2 (3.8 cm), E’6 (3.5 cm), F3’ (3.2 cm), F6 (3 cm) y E’2 (2.8 cm). En las azoteas no acumular carga, como mobiliario de desecho, que impida el buen drenaje del agua de lluvia o que sobre cargue la losa, utilizando el espacio como bodega. Aunque las humedades identificadas no ponen en riesgo la seguridad estructural del edificio a corto plazo, es importante que se revisen periódicamente las instalaciones de agua y drenaje a fin de evitar fugas, y prever el cambio paulatino de algunas instalaciones, dada la antigüedad del inmueble y sus instalaciones, todo esto como prevención a mediano plazo. Dado el status de Edificio Histórico que alberga la Escuela Primaria, por otro lado, el hecho de que el edificio tiene más de 100 años de existencia, requiere de un mantenimiento permanente preventivo, como cualquier edificio histórico con esta antigüedad y características, así como un monitoreo del comportamiento del edificio, es decir, instrumentar la estructura en algunos elementos representativos o críticos, que permita dar seguimiento periódico del comportamiento estructural, con mediciones anuales para seguimiento de grietas, desplomes, asentamientos o hundimientos del suelo, humedades, entre otros. Para trabajos futuros de intervención del edificio y con el afán de tener mejores elementos de decisión se recomienda realizar pruebas experimentales de una muestra más representativa (estadísticamente) de los materiales que componen los elementos estructurales críticos, aprovechar la reestructuración o reparaciones parciales para obtener propiedades geométricas y mecánicas tanto de los elementos como de los materiales utilizados, realizar mediciones de vibración de los sistemas de piso, entre otros. Finalmente, la construcción está en condiciones de seguir operando, siempre y cuando se empiecen atender las recomendaciones anteriores.

ACCIONES Para el diseño de las casas habitación en la región, se toma en cuenta las Normas Técnicas Complementarias del RC-DF, a falta de algo equivalente en la región, pero sobre todo, por la dedicación y experiencia

19


acumulada de los ingenieros e investigadores de la cd. de México le han dedicado al estudio del comportamiento de este tipo de sistemas estructurales, en sus múltiples variantes. En la región se ha tratado de complementar dicha experiencia, estudiando los problemas y fenómenos locales que aquejan a los principales asentamientos humanos, en particular el fenómeno de subsidencia, que se viene dando en los valles de la región centro norte del País, en las últimas décadas, por sobre-explotación de los mantos acuíferos. Esto situación se bien dando a raíz de la creciente demanda de agua potable para los nuevos desarrollos urbanos, industriales y de servicios. Otra acción de diseño que tiene que tomarse en cuenta en los valles de la región, son las provocadas por las expansiones y contracciones de las arcillas expansiva, por otro lado, se tiene también que considerar el deslizamiento en laderas, dado que los desarrollos urbanos están creciendo también hacia las faldas de los cerros. En particular, en este trabajo se muestran algunos de los resultados obtenidos de estudios recientes. SUBSIDENCIA, AGRIETAMIENTO Y FALLAMIENTO DEL SUELO El agrietamiento y fallamiento del suelo es un problema que se agrava cada vez más en nuestro país, ya que muchas ciudades de tamaño medio a grande que experimentan un acelerado crecimiento urbano ya han sido afectadas por este fenómeno, entre ellas están Aguascalientes, Celaya, Apaseo el Grande, Irapuato, Morelia, San Luís Potosí y Querétaro, por mencionar. Estas ciudades se localizan en el sector central de la provincia geológica conocida como el Cinturón Volcánico Mexicano. Aquí se desarrollaron estructuras tipo graben, que fueron rellenas con materiales granulares produciendo valles fértiles, donde crecieron centros urbanos. Debido al rápido crecimiento de la población así como al incremento de las actividades industriales y agropecuarias, la demanda de agua de los acuíferos ha estado en constante crecimiento. El rápido abatimiento de los acuíferos ha inducido la consolidación o compactación del suelo, que combinado con basamentos rocosos irregulares han producido la aparición de una gran cantidad de grietas dentro y en los alrededores de las ciudades. Este fenómeno se inicia como un problema de subsidencia en los suelos debido a la extracción de algún fluido como gas, agua, vapor o petróleo. En general, en México el problema se presenta debido a la sobreexplotación de los mantos acuíferos, en otros casos particulares debido a la extracción de gas, vapor o petróleo. Cuando la explotación del acuífero rebasa la recarga natural del mismo, se produce el abatimiento del nivel freático lo que genera un incremento de esfuerzos en los estratos bajo el nivel freático provocando la consolidación de esa masa de suelo. Este fenómeno produce una reducción del volumen de vacíos del suelo lo cual puede representarse como una pérdida volumétrica que, anudado a una superficie de basamento irregular, provoca la aparición y desarrollo de grietas en la superficie. Las observaciones semi-empíricas para el análisis de la subsidencia se basan fundamentalmente en la búsqueda de alguna relación entre los desplazamientos verticales del nivel del suelo a través del tiempo, el abatimiento del nivel freático y los espesores de suelo compresible. Actualmente se sabe que cuando se cumplen las siguientes condiciones, se presenta el fenómeno de hundimiento y agrietamiento del suelo: - Que exista un basamento incompresible con importantes irregularidades (con desniveles abrupto de más 30 m), - Que exista un abatimiento del nivel freático importante (de más de 30 m) y - Que el material de relleno (suelo) sobre el basamento incompresible posea una plasticidad de media a baja (estratos de más de 30 m de espesor). De acuerdo con los datos recabados hasta ahora, los valles antes mencionados cumple con estas tres condiciones. También se sabe que el fenómeno ocurre por consolidación de los estratos de suelo localizados sobre el basamento incompresible debido al incremento de esfuerzos efectivos que éstos experimentan al batirse el nivel freático. El fenómeno inicia como un hundimiento del terreno. Posteriormente aparecen las grietas de tensión y finalmente se presenta el fallamiento del suelo que es cuando se genera un escalón entre los labios de la grieta.

20


Teniendo los datos de los niveles topográficos de una zona afectada por este fenómeno en diferentes fechas, se puede determinar la evolución histórica de los hundimientos y de los fallamientos y se pueden relacionar con el abatimiento de los niveles estáticos del acuífero o el espesor de los materiales compresibles. Relacionando la subsidencia ya sea con el tiempo, los niveles piezométricos y/o el espesor de los estratos compresibles se puede hacer una interpolación de datos a futuro y así tener un posible nivel de hundimiento del suelo o desarrollo de agrietamientos según diferentes escenarios próximos. Para predecir las zonas potenciales de agrietamiento en un lugar, es necesario identificar: la estructura geológica del lugar, la topografía precisa del basamento rocoso del sitio y las curvas de abatimiento del nivel freático. Además es necesario conocer las características mecánicas de los estratos compresibles. La información del basamento rocoso puede obtenerse de diversas fuentes, generalmente métodos geofísicos indirectos. Sin embargo, estos métodos requieren de información directa que solamente el perfil litológico de los pozos puede proporcionar. Por lo tanto es necesario contar con el perfil litológico del mayor número de pozos posible y a partir de allí complementar la información con métodos geofísicos. Entre más información pueda recabarse en este aspecto más precisas pueden ser las predicciones de zonas de riesgo de agrietamiento. En la figuras 7 y 8 se muestran respectivamente la geología y el relieve del basamento somero del Valle de Aguascalientes, con apoyo de la litología de los pozos. Para analizar y predecir el comportamiento del agrietamiento del suelo, Rojas y coautores (2002) han propuesto un modelo analítico basado en la Teoría de pérdida volumétrica, que está siendo calibrado en secciones conocidas del Valle, así como a través del método de los elementos finitos.

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S a l to del os S alado

S an A n toniode Pe ñuelas

R ef ugi o deP eñuelas

Los Negritos

L os A rquitosP oc itos

Jesus María

Calvillito

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P as o B lanco

J. GOM E Z PORTUGAL

M acarioJ . Gómez

Cañada honda

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Cent ro deI nv es t igación

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Figura 7 Geología superficial del Valle de

Aguascalientes

Figura 8 Relieve del basamento somero del

Valle de Aguascalientes

La determinación de las estructuras geológicas, la identificación y predicción de agrietamientos y fallamientos del suelo, producto de la subsidencia del valle y de la sobreexplotación del manto acuífero, así como la determinación del relieve del basamento del Valle de Aguascalientes, hacen de este trabajo el caso mejor estudiado en zonas de bajo riesgo sísmico.

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En la figuras 9 y 10 se muestran respectivamente, los relieves de basamento somero y profundo del Valle de Querétaro.

Figura 9 Relieve del Basamento somero del Valle

de Querétaro

Figura 10 Relieve del Basamento profundo del Valle

de Querétaro Para conocer de una manera visual el impacto de este fenómeno en las construcciones, en la sección que sigue se muestran una serie de fotos representativas de los daños causados por la subsidencia en diferentes Estados y poblaciones. IMPACTO DE LA SUBSIDENCIA EN VIVIENDAS En el caso de la cd. de Santiago de Querétaro, se muestran en las fotos 30, 31, y 32 daños en casas habitación y en las fotos 33, 34, 35 y 36 daños en edificios de apartamentos y en vías de comunicación como calzadas y banquetas. En las fotos 30 y 31 se muestra un casa habitación de dos niveles, ubicada en la calle chichimequillas No. 224, colonia jardines de la hacienda, el agrietamiento empezó aproximadamente hace 15 años, la Construcción está hecha a base de zapatas aisladas, muros de tabique recocido, trabes y columnas estructurales y losas macizas de concreto reforzado, durante la visita se pudo medir un escalón promedio de 45 cm, desplomes de 7 cm en fachadas principal y posterior y 23 cm en las fachadas laterales(sentido del bloque caído). La casa presenta daños importantes, donde destacan los siguientes: Muros con Agrietamientos y desplomes masivos, con algunos bloques de muro a punto de caer, Losas con agrietadas en la recamara II planta alta y algunos tableros ya demolidos.

Foto 30 Daños causados en muros de habitación planta alta, fachada posterior.

Foto 31 Vista general de la casa, a mano derecha se puede apreciar el desplome. Enero de 2006 colonia jardines de la hacienda, Qro.

22


En las foto 32 se muestra otras casas dañadas en la colonia Ensueño, Qro., en la foto 33 se muestra un edificio de apartamentos de la colonia Jardines de la Hacienda, en esta zona el ancho del escalonamiento del fallamiento del suelo es del orden de 2º m, en la foto 34 los daños en una granja de la zona conocida como la Balvanera y en las fotos 35 y 36 se muestra los daños en asfaltos y banquetas de las vías de comunicación.

Foto 32 Fallamiento del Ensueño Qro. (1997)

Foto 33 Fallamiento de Jardines de la Hacienda

(1997), Modulo de departamentos

Foto 34 Fallamiento Balvanera, Mpo. Corregidora,

Qro. (1998), Granja

Foto 35 Fallamiento de una calle paralela a la av. 5

de febrero (2005), Querétaro

Foto 36 Fallamiento del ensueño (2005),

Querétaro

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En las fotos 37 y 38, se muestran algunos daños en banquetas y asfaltos de las vías de comunicación, así como en bardas, de Celaya, Gto., en las fotos 39, 40, 41 y 42 se muestran algunos daños en muros y losas. Dado que en muchos casos, las viviendas son el único patrimonio de la familia, los propietarios tratan de repararlas de forma empírica, por lo que se están estudiando algunas formas de re-estructuración.

Foto 37 Falla Oriente (1999), Celaya Gto., Fallas en banquetas y calzadas de las vías de comunicación

Foto 38 Daños en bardas, banquetas y calzadas, Falla Poniente, Celaya, Gto.

Foto 39 Reparación sin ningún soporte técnico, Falla Oriente, calle Madero.

Foto 40 Daños en muros y losa, falla Universidad

Pedagógica.

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Foto 41 Falla poniente, calle Pinosuárez

Foto 42 Daños en autoconstrucciones, Falla Oriente, calle Fresnillo, Celaya (1997)

En las fotos 43, 44 y 45 se muestran respectivamente, daños en un edificio de apartamentos, en el asfalto de una avenida y en un puente de mampostería viejo e histórico de Irapuato, Gto. (2006).

Foto 43 Vista lateral de modulo afectado, Residencial San José, Irapuato

Foto 44 Centro de lavado, Irapuato, Gto.

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Foto 45. Glorieta Puente Guadalupe, Irapuato, Gto.

REHABILITACIÓN DEL TEMPLO DE SAN FELIPE DE JESÚS EN AGUASCALIENTES Para ejemplificar la problemática en la región de estudio, se muestran el caso particular de la rehabilitación del templo de San Felipe de Jesús, ilustrado en la foto 46.

Foto 46 Templo San Felipe de Jesús, 2000

En 1992, la comunidad clerical, los vecinos y visitantes que concurrían a la parroquia de San Felipe de Jesús, manifestaron preocupación por las fisuras que habían surgido en muros y bóvedas del edificio; mismo que fue construido a partir de 1942, y que al parecer no había presentado patologías hasta ese momento, aún cuando había sufrido algunas modificaciones tales como la ampliación de las ventanas superiores en 1979 y la adición de confesionarios a los muros laterales, en 1991. El templo está estructurado por una nave principal y dos naves laterales de menor altura. La nave central está formada por cinco bóvedas tabicadas de iguales dimensiones y una bóveda de menor extensión longitudinal respecto a la nave, la cual antecede al ábside. Todas ellas desplantadas lateralmente sobre muros, y transversalmente a la nave sobre arcos y columnas de concreto armado. Las naves laterales presentan bóvedas que corresponden con los ejes centrales aunque son más estrechas y alargadas. Fue en 2004 cuando se invitó a participar al Departamento de Construcción y Estructuras del Centro de Ciencias del Diseño y de la Construcción de la Universidad Autónoma de Aguascalientes, mismo que a la fecha en que se emite este artículo, participa como observador y realiza un estudio para aportar soluciones viables en pro de la rehabilitación del templo en cuestión. En 2005, producto de la reunión de grupos multidisciplinarios, se optó por realizar una demolición parcial del edificio, la cual se fundamenta en dividir transversalmente la estructura, independizando así las secciones

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noreste y sureste de las naves central y laterales, mismas que se sitúan en sendos márgenes de la zona agrietada del templo. Es una obra que ejecuta la Secretaría de Obras Públicas del Municipio de Aguascalientes, la cual sigue un programa secuencial de demolición propuesto por el Colegio de Ingenieros Civiles de Aguascalientes, A. C. (foto 47). Si bien la estructura del edificio ostenta a primera vista un vetusto sistema de bóvedas tabicadas baídas, nervadas, en realidad sus elementos estructurales conforman un sistema de arcos de concreto armado, que nacen de columnas del mismo material y que en sus extremos laterales se sientan en muros de carga de mampostería de ladrillo macizo; de tal forma que los aparentes arcos y nervaduras que envuelven y soportan a las bóvedas, a la vez confieren rigidez e interconectan las columnas de la nave central y las laterales, transmitiendo asimismo esfuerzos a los muros. En la foto 47 se muestra una vista interior hacia el altar de la nave principal, poco antes del inicio de las obras de demolición parcial, y un detalle posterior a la demolición de una de las bóvedas. Puede apreciarse, dentro del círculo, el nacimiento del armado de uno de los arcos o nervaduras diagonales

Foto 47 Demolición de bóvedas

El cuadro patológico del templo hasta antes del inicio de los trabajos de demolición parcial, mostraba una clara deformación por alteración estática de la estructura; exhibida en los paramentos de los muros, en las columnas y en las bóvedas (foto 48).

Foto 48 Agrietamiento en el paramento de uno de los muros laterales, en una de las columnas de

refuerzo de los muros laterales y exterior de una de las bóvedas de la nave central Con el objeto de evaluar los esfuerzos actuantes sobre los elementos del templo, se llevo a cabo la simulación del comportamiento estructural en tres dimensiones, mediante el programa de análisis estructural de elementos finitos SAP 2000 NL. Para modelar correctamente la estructura y evaluar el estado de esfuerzos de sus elementos, se investigó la configuración de los mismos, en relación a las dimensiones de las secciones y al refuerzo del concreto.

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La liberación estructural del Templo de San Felipe, correspondiente a la primera etapa de la intervención, está dada a partir de la demolición de los tableros afectados, así como de la consolidación y restauración de la Sacristía. Para lograr lo anterior, se propuso demoler estratégicamente el templo en secciones, como se indica en al figura 11.

Figura 11 Propuesta de liberación estructural del templo y Zonas de demolición

Una vez liberado estructuralmente el templo, se procedió a realizar otro análisis estructural, con el objeto de verificar el comportamiento y el nivel de disminución de esfuerzos sobre los elementos estructurales (figura 12).

Figura 12 Modelación estructural del templo una vez liberado (sin aplicar carga ni deformación)

A la vista de la problemática y considerando los trabajos de demolición que a su terminación habrán dividido la estructura del templo en dos partes, se puede establecer como directrices de diseño para la propuesta de rehabilitación, las siguientes pautas estructurales: − Deberá estudiarse más profundamente el método de reintegración estructural y constructiva, analizando

diferentes sistemas estructurales, tanto los elementos como sus interconexiones. − Sería de gran interés, llevar a cabo la modelación numérica del fenómeno geológico de la subsidencia, con

el objeto de aplicarlo a la predicción del comportamiento estructural de los edificios afectados.

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− Las dos fracciones de la estructura original deberán ser independientemente estables, para lo cual deberán revisarse de forma física y contrastarse con valores obtenidos a través de cálculos numéricos y por medio de su modelación en programas computacionales especializados.

− Los elementos constructivos (materiales, sistemas o procesos) que ligarán las dos fracciones de la

estructura original, deberán adaptarse a las mismas, siendo capaces de absorber los esfuerzos y permitir los desplazamientos u otros movimientos que el terreno base pueda inducir.

DESLIZAMIENTO DEL TERRENO EN LADERAS Se han estado elaborando cartas de riesgo de zonas de laderas de algunos municipios de Querétaro, como el Mpo. del Marques o mejor conocido como la Cañada, que se muestra en la figura 13, donde gran parte del asentamiento humano de la cabecera de dicho municipio, conurbano con la cd. de Querétaro, está sobre las laderas de una cañada.

Figura 13 Zonas de riesgo de deslizamiento de laderas

Como los primeros asentamientos humanos empezaron a instalarse sobre los valles, los nuevos desarrollo urbanos se están dando hacia la periferia de dichos valles, es decir sobre las faldas de los cerros que rodean a dichos valles, lo que incrementa el tipo de acciones de riesgo que hay que considerar en el diseño de las cimentaciones de las construcciones que ahí se desplantan, aunado al problema de las avenidas de agua de lluvia, que erosiona el subsuelo además de la instabilidad del mismo. En la foto 49 se ilustra una típica falla por deslizamiento del terreno, en la zona de las laderas de los cerros que delimitan la falla El Tlacote, zona conurbana a la cd. de Querétaro. Es muy probable que el fenómeno de subsidencia fue el detonante para provocar esta falla de talud, dado que los hundimientos diferenciales en esta zona son del orden de 75 cm, lo que diminuyo el peralte del terreno, aguas abajo, que mantenía estable la ladera en esta zona del Tlacote. En la foto 50 se muestra un desarrollo de casas habitación en zona de laderas, carretera a Chichimequillas, Qro.

Foto 49 Deslizamiento del terreno en Tlacote, Qro., Granja de pollos abandonada

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Foto 50 Serie de casas en ladera, Qro.

ARCILLAS EXPANSIVAS, CASO JARDINES DEL VALLE, QRO. Estudiosos de la mecánica de suelos, se han estado enfocando desde hace varias décadas, al estudio del comportamiento y caracterización de las arcillas expansiva, así como la forma de neutralizar sus efectos, además de dar alternativas de cimentaciones que se comporten adecuadamente ante estas acciones. Sin embargo, no existe siempre la conciencia de la magnitud del fenómeno con algunos constructores, lo que ha provocado que se tengan seguido daños en las construcciones ligeras, principalmente en las viviendas de interés social. Por otro lado, no todos los tipos de estructuración de vivienda se comportan igual, es decir, en algunos casos el tipo de estructuración no es capas de absorber dichas acciones de expansión o contracción del terreno. Un suelo expansivo es aquel que esta compuesto por minerales de tipo montmorilonita y que debido a su estado no saturado (Grado de saturación menor a 100) puede incrementar su volumen o contraerse si se humedece o se deshidrata respectivamente. Como ejemplo mostramos el fraccionamiento que se localiza al poniente de la ciudad de Santiago de Querétaro, a un lado de la comunidad de Santa Ma. Magdalena. Geológicamente el fraccionamiento se encuentra ubicado en la zona lacustre, geotécnica del Valle o Lago. La columna geológica local está conformada por uno de los más gruesos paquetes de depósitos lacustres (Qla) correspondiente a una alternancia de arcillas, limos y arenas. Su espesor alcanza más de 60 metros. Debido a que se encuentra inmersa en el cono de abatimiento generado por sobre-explotación del acuífero, esta región se caracteriza además por presentar el fenómeno de subsidencia, por lo que existe el riesgo potencial de afectar a las estructuras que ahí se erigen. Este fraccionamiento fue construido en terrenos ricos para la agricultura pero problemáticos para la construcción debido a sus características expansivas. El terreno natural era prácticamente plano con una cota de nivel inferior a los terrenos colindantes, por lo que el proyectista decidió colocar plataformas de tepetate compactado de 70 cm de espesor sobre una capa de arcilla estabilizada con cal de 30 cm (ver figura 14). Las viviendas son de interés social de un nivel, estructuradas a base de muros de carga, interiormente reforzados y apoyados en una losa de cimentación de 8 cm de espesor. Bajo la cimentación existe un relleno de tepetate de espesor variable apoyado sobre una capa de arcilla estabilizada. Su comportamiento no ha sido adecuado presentando agrietamientos en muros y losas. Algunas viviendas han sido reparadas superficialmente resanando y pintando las grietas, acción que no ha solucionado el problema de origen ya que al poco tiempo las grietas vuelven ha aparecer.

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El suelo que se localiza bajo el terraplén compactado es una arcilla inorgánica de alta compresibilidad color negro potencialmente expansiva. Su espesor promedio es del orden de 1.20m. En caso de humedecerse o secarse el suelo es susceptible de hincharse o contraerse, respectivamente. En condiciones de saturación su presión de expansión es de 14 ton/m2 y su porcentaje de hinchamiento es del 5% para los niveles de esfuerzos transmitidos al estrato (no mayores de 2 ton/m2) Esta presión de expansión varía de acuerdo a los contenidos de arena de este estrato por lo que en algunas zonas del fraccionamiento pudiera ser mayor al estimado en este estudio. En las fotos 51, 52 y 53 se muestran respectivamente, los daños en una casa tipo de este fraccionamiento, donde se puede observar el agrietamiento en muros provocados por las distorsiones del moviendo vertical del terreno, las deficiencias en el reforzamiento interior de los muros, aunado a los debilitamientos de las piezas y muros, por ranurados o mal colocación de las instalaciones de plomería.

Figura 14 Sección del terreno y Agrietamiento en la parte frontal

Primer estrato de arcilla CH i l i

Tepetate compactadoTepetate

Calle Zona de jardín

humedecimiento

Grieta

Levantamiento

Segundo estrato heterogeno CH/ML/CL

Foto 51 Daños en muros por movimientos del terreno de desplante

Foto 52 Refuerzo vertical en esquinas y cruces de muros

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Foto 53 Ranurado y daño en piezas y muros por colocación de instalaciones de plomería SISMO Los sismos de mayor magnitud en México ocurren a lo largo del límite entre las placas Cocos y Norte América, es decir, en la trinchera Mesoamericana. La zona centro-norte, de interés de este trabajo, se encuentra en promedio de unos 400 a 500 km de este límite de placas, por tanto alejada de los epicentros de grandes sismos. Sin embargo, es susceptible de sufrir algunos efectos si los sismos son lo suficientemente grandes. Además de la sismicidad en los límites de placas, los esfuerzos al interior de las placas también pueden producir sismos, aunque de menor magnitud. Así, el eje volcánico mexicano y la mesa central son regiones sísmicas, aunque las magnitudes son generalmente moderadas. Los sismos históricos (antes del advenimiento de la sismología instrumental, a principios de este siglo) han quedado registrados en escritos, principalmente en periódicos, pero también en cartas oficiales, cartas particulares, etc. A continuación se citan los más importantes episodios sísmicos en la región cercana a las poblaciones en estudio, con epicentros probablemente locales: 1622, 6 de mayo. Probable sismo local con epicentro cercano a la ciudad de Zacatecas. Según los documentos de la época, la ciudad de Zacatecas quedó despoblada por la constante ocurrencia de sismos, hasta que el cabildo de la ciudad se reunió para nombrar Santo Patrono de la ciudad. No es de total crédito esta información pues no hay reportes de ningún tipo de daños en edificaciones, muertos o heridos, además de la existencia del ingrediente religioso. 1845, 10 de abril. Sismo local cercano a Zacatecas. 1868, 7 de abril. Este día inicia una secuencia sísmica a unos 70-80 km al noreste de la ciudad de San Luis Potosí, que se prolonga por mas de seis meses, hasta el mes de noviembre. Ocasionó cuarteaduras y daños menores a construcciones de varias poblaciones, así como agrietamientos del terreno y despeñamiento de cerros. 1875, 19 de agosto. Otra serie de sismos al parecer en misma zona que los de 1868, aunque de duración de unos cuantos días y sin que se reporten daños. 1896, 10 de enero. Nuevo sismo local al norponiente de San Luis Potosí. 1887, 26 de noviembre. Cercanos al área de interés también han ocurrido otros episodios, como el de la Sierra Gorda de Querétaro, de magnitud máxima aproximada = 5.8. Los sismos reportados por el Servicio Sismológico Nacional que han ocurrido en fechas recientes en un radio de 250 km de las principales ciudades de la región del Bajío Norte, no han sobrepasado los 5.5 grados de magnitud. No se puede descartar la posibilidad de ocurrencia de eventos moderados en fechas anteriores a

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1969 ya que no se contaba con redes de monitoreo que permitieran la ubicación de sismos de magnitud menor a 6.0 grados. Los sismos más grandes que se han presentado, muy probablemente relacionados con la actividad del Graben de Chapala, sin embargo algunos de los eventos medianos registrados han llegado a ocurrir muy cercanos a las ciudades de Fresnillo, Zacatecas y San Luis Potosí. En Aguascalientes, una investigación de los registros de la estación AGX (Lermo y otros, 1996) dio como resultado la identificación de varios eventos locales ocurridos durante 1988, 1992 y 1993. La estación AGX no operó durante 1989, 1990 y 1991 por lo que no fue posible identificar la actividad local en esos años. Esto dio lugar a una campaña de monitoreo que se llevó a cabo durante varios meses de 1993. Se registraron 18 eventos de los cuales los de mayor magnitud alcanzaron los 3.1, 3.3 y 3.4 grados, siendo sentidos fuertemente por los habitantes de las localidades de Jesús Terán y del El Puertecito. Se tiene noticia de episodios recientes, ocurridos en mayo de 1999, que indican la persistencia de actividad en las fallas del flanco oriental del Valle de Aguascalientes, pero no se cuenta con registros de dichos eventos. Dada la dificultad para determinar los espectros de diseño sismico en la región, sustentados con información instrumentada in situ, la Cd. de Aguascalientes está integrado un red sísmica local, colocando dos acelerógrafos ETNA, en el sur de la ciudad, en la cercanía de Av. Agostaderito y en el Frac. Bona Gens, al norte se colocó otro aparato en el Frac. Cumbres y la cuarta estación en los terrenos de la Universidad Autónoma de Aguascalientes, pendiente de pruebas de ruido. Esta última localidad, si bien no es óptima debido a su situación en la zona de estratos sedimentarios, puede brindar condiciones de seguridad y de operación óptimas, así como obtener respuestas en terreno sobre este tipo de estratos sedimentarios. Esta red de acelerógrafos se distribuyó de manera tal de poder localizar epicentros y magnitudes de los movimientos provocados por las fallas geológicas dentro de la mancha urbana de la Ciudad de Aguascalientes. Las ciudades de la región en estudio han mantenido un crecimiento de población importante a partir de que inicia el proceso de industrialización. Las ciudades siguen creciendo, aún más en estos últimos años debido a la importancia que a nivel nacional va adquiriendo la región, como centro industrial y comercial, así como a las expectativas de vida que representa para los habitantes de poblados y regiones cercanas. En este proceso, las construcciones se han regido por normas que se derivan de reglamentos de otras entidades, concretamente del reglamento de construcciones para el Distrito Federal. Lo anterior es una salida alterna, ya que se prefiere adoptar un reglamento externo a no contar con ninguno, sin embargo es indispensable realizar las adaptaciones necesarias que tomen en cuenta las condiciones regionales y locales de cada zona de interés. Esta situación, provoca incertidumbre entre los calculistas que deben regirse por un reglamento que les norme sus diseños, por otro lado lo que su experiencia y criterio les señalan. Para fines de diseño sísmico de las construcciones se utiliza también en estas localidades el Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad (CFE, 1993), en su fascículo de Diseño por Sismo. Las poblaciones en estudio están aproximadamente ubicadas en la zona “B”, clasificadas como de mediana y baja sismicidad (al igual que la ciudad de México). Esta clasificación general hace que sea poca su precisión y de difícil aplicación. Por tanto, para estimar adecuadamente los efectos de sismo es necesario tomar en cuenta las condiciones locales geotécnicas del subsuelo, su topografía y la sismogénesis, así como la direccionalidad de los posibles sismos. En particular, el Reglamento de Construcción, editado en el Periódico Oficial del 1º de noviembre de 1998, para el Municipio de Aguascalientes, propone los coeficientes sísmicos que se muestran en la tabla 1, a falta de elementos y estudios más rigurosos que permitan establecer mejor los criterios para este diseño. La única modalidad es clasificar las zonas por tipos de riesgo de subsidencia o fallamiento del suelo (alto, mediano y bajo), donde en la zonas de alto riesgo de fallamiento del suelo no se puede construir. Los dos tipos de terreno son: tipo 1, terreno firme, tal como puede ser el tepetate, arenas alta o mediante cementantes, arcillas compactadas, así como roca de cualquier tipo y Tipo II, terreno de baja rigidez, tal como las arenas no cementadas, limos de mediana o alta compacidad, arcillas de mediana comapacidad (Tabla 6).

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TABLA 6 Coeficientes Sísmicos para los Mpos. sobre el Valle de Aguascalientes RC-MPO -AGS-1998 CFE – 1993 RC-DF-1987 TIPO DE TERRENO

Riesgo Bajo Riesgo Mediano ZONA B CONSTRUCCIONES GRUPO B

I 0.105 0.13 0.14 0.16 II 0.240 0.30 0.3 0.32 III 0.36 0.4

Lo anterior ha motivado a que en la ciudad de Aguascalientes, en particular la Universidad Autónoma de Aguascalientes, se venga trabajando en la realización de estudios encaminados a obtener mayor conocimiento respecto a las condiciones y comportamiento locales de sitio, pues si bien no se tienen reportes históricos de daños importantes por eventos ocurridos, tampoco se tiene la certeza de que estos no pudieran ocurrir periódicamente. No hay que perder de vista que existen zonas sismogénicas cercanas a esta ciudad y que las condiciones físicas del subsuelo están sujetas a cambios con el paso del tiempo, cambios provocados en ocasiones por el mismo hombre en su afán de satisfacer sus necesidades de bienestar, tal es el caso de la continua sobreexplotación de los mantos acuíferos. Se pretende, con base en los resultados obtenidos, tomar las medidas necesarias y sugerir las adecuaciones pertinentes al reglamento, a la vez de ir aportando los elementos necesarios para la elaboración de las normas técnicas de diseño que carece el actual reglamento de construcciones del Municipio. Como resultado de un proyecto de investigación financiado por el INAGUA, se propone para fines de diseño sísmico de las construcciones, una carta de tipos de suelo y periodos naturales de vibración del terreno, para las poblaciones más importantes sobre el Valle de Aguascalientes y para la Ciudad Capital de Aguascalientes (ver figuras de 15 a 18). Ante la carencia en muchas ciudades y poblaciones de la República Mexicana de estaciones sismológicas y en consecuencia de registros de eventos sísmicos, se ha empleado con buenos resultados la metodología para obtener los efectos de sitio en suelos suaves a partir de la obtención de registros cuyo origen es la vibración ambiental o micro-temblores. Esta metodología es cada vez más utilizada en virtud de las ventajas de fácil procedimiento, bajo costo y corto tiempo en que puede ser desarrollada. Esto ha permitido que algunas ciudades cuenten con estudios basados en esta técnica para la elaboración de cartas de isoperiodos y zonificación por tipos de suelo. Existen varios métodos que se utilizan para el análisis de registros de micro-tremores. Lermo, J. y Chávez F. (1994) analizan las ventajas y desventajas de tres de ellas con el objeto de determinar cual arroja resultados más confiables en la evaluación de los efectos de sitio en suelos suaves. Estas técnicas son: a) Interpretación directa de amplitudes de Fourier o densidad de potencia espectral, b) cálculo de los radios espectrales respecto a una estación en terreno firme, c) cálculo de los radios espectrales de las componentes horizontales de movimiento respecto a la componente vertical. De acuerdo a Lermo, J. y Chávez, F. (1994), esta última técnica (desarrollada por Nakamura) es la que más ventajas y mejores resultados ofrece. Con base a lo anterior se estima conveniente utilizar esta técnica de Nakamura para el análisis de los registros, obtenidos para las poblaciones sobre el Valle de Aguascalientes, Ags (figuras 15, 16, 17 y 18). Estos registros son procesados mediante el programa DEGTRA5, versión 1.5 del Instituto de Ingeniería de la UNAM, desarrollado por Mario Ordaz Schroeder y Carlos Montoya. Los espectros de Fourier para las componentes vertical y horizontal de los registros son obtenidos para una ventana de entre 15 y 20 segundos aproximadamente, no abarcando por lo tanto toda la señal de 60 segundos. Posteriormente se calcula la media del cociente espectral de tres ventanas que abarcaran toda la señal con el objeto de obtener los valores más representativos. Con lo anterior se puede estimar la frecuencia de la señal y su amplificación relativa, posteriormente se promedian aritméticamente los resultados de ambas componentes para obtener el periodo correspondiente en cada uno de los sitios donde se tienen registros. Como estrategia de validación de los resultados obtenidos con esta técnica, se seleccionan algunos lugares, distribuidos sobre las diferentes zonas para calibrarlos con expresiones y modelos analíticos. En el caso en particular de la ciudad de Querétaro, la ausencia de estaciones sismológicas no permite la posibilidad del empleo de métodos basados en el registro de sismos fuertes lo que obliga al uso de otro tipo de técnica. Actualmente se cuenta con la micro-zonificación sísmica del valle de Querétaro (figura 19, Bustillos y Arroyo, 2000), la cual fue determinada mediante la medición de micro-temblores originados por la vibración ambiental dentro del valle, a partir de lo cual fue posible determinar los periodos fundamentales de

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vibrar del suelo previo cálculo de los espectros de amplitud de Fourier para más de cien sitios diferentes a lo largo y ancho del valle y partes altas que lo conforman, utilizando un acelerógrafo marca Terra Technology Corp., modelo GSR18.

Los A rellano

E l Ni agara

V ista A lagre

Los Negritos

Los A rquitosP ocit os

Jesus María

Calvillito

E l Retoño

E l Puerteci to

P aso B lanco

J. GOM E Z PORTUGAL

M acarioJ . Gómez

Cañada honda

Lore tito

V al ladolid

E l Conejal

E l Chichi meco

Cent r o deI nves t i gación

Nori as deOj ocal iente

Jal tomate

La ConcepciónLa E scondida

Chi calote

P ostaZootécnica

S an I gnacio

S an Joséde l a Ordeña

Las Jaulas

S an A ntoniode l os H orcones

P OZO 180

P OZO 133

Tepezalá

S an Luisde Letras

S ali tri llo

E l Mi lagro

Santiago

P ablo E scal eras

S an A ntonio

A lami tos

Carboneras

E l Aguila

A rroyo Hondo

López M ateos

Cal dera

E ji do

Oj o Zarco

Rincónde Romos

Pabellónde Hidalgo

C ent ro de Inv.

EmilianoZapata

Pabe llónde Arteaga

San Joséde Gracia

C ol.E l Mezqui te

San Franciscode los Romo

Las A nimas

Fracc.

S an Carlos

Col onia Nueva

Cosío

E l Coecillo

R ef ugi o deA gua Zarca

La P unta

S an Jacinto

E l C hayote

E l Salero

E l Muerto

E l tepe tate

S ol edad de A bajo

R anc hoNuevo

S anta M aría

de la P az

R ef ugi o deP rov i dencia

Dieci séis deS ept i embre

V al le de l as Del icias

Oj o de Aguade l os Montes

M esi llas

E l Muerto

0.6

0.5

0.4 0.7

0.6

0.5

0.5

0.6

0.5

0.4

0.3

0.4

0.3

0.2

0.3

0.40.3

0.3

0.4

0.5

0.3

0.3

0.3

0.6

0.6

0.5

0.5

0.6

0.3

0.3

0.7 0.6

0.6

0.5

0.4

0.6

0.50.50.4

0.4

0.30.40.50.6

0.70.7

0.6 0.7

0.70.60.5

0.40.40.3

Figura 15 Carta de iso-periodos de los Mpos.

sobre el Valle de Ags.

Cosío

Refugio deAgua Zarca

El Salero

Figura 16 Mpo. de Cosio

San Luisde Letras

Centro de Inv.

Pabellónde Arteaga

0.30.40.50.6

0.70.7

0.6 0.7

Figura 17 Mpo. de Pabellón de Arteaga

Los Arellano

El Niagara

Vista Alagre

Los Negritos

Los ArquitosPocitos

Jesus María

Calvillito

El Retoño

El Puertecito

Paso Blanco

J. GOMEZ PORTUGAL

MacarioJ. Gómez

Cañada honda

Loretito

Valladolid

El Conejal

El Chichimeco

Centro deInvestigación

Norias deOjocaliente

JaltomateChicalote

PostaZootécnica

San Ignacio

San Joséde la Ordeña

C. DEL MUERTO

C. DEL PICACHO

Las Jaulas

San Antoniode los Horcones

0.6

0.5

0.4 0.7

0.6

0.5

0.5

0.6

0.5

0.4

0.3

0.4

0.3

0.2

0.3

0.4

0.3

0.3

0.4

0.5

0.3

0.3

0.3

0.6

0.6

0.5

0.5

0.6

0.3

0.3

Figura 18 Mpos. de Aguascalientes y Jesús María

Aún cuando no se tiene memoria de daños importantes en la ciudad de Querétaro por sismos ocurridos con anterioridad, tampoco se tiene la certeza de que esto no pudiera ocurrir tomando en cuenta que de acuerdo a la zonificación sísmica del país, todo el estado se ubica dentro de la clasificación de mediana sismicidad; sin embargo, esta zonificación no contempla los efectos de sitio propios del valle; por otro lado, no existe un estudio de riesgo sísmico de la región que permita determinar la probabilidad de verse afectada por sismos y que por tanto la reglamentación gire en función del grado de riesgo estimado, más aún, no existe una red acelerográfica en la zona que permita registrar los efectos de sismos en otras latitudes y las leyes de atenuación que los rigen. Por su parte, la normativa actual de los reglamentos de construcción del país en el aspecto de diseño por sismo se está enfocando hacia la necesidad de contar con los periodos fundamentales del suelo para su empleo en el análisis dinámico de estructuras e interacción suelo-estructura, entre otros aspectos. Es por eso que ante tal carencia de información al respecto, hemos de avanzar en algunos aspectos que permitan en un futuro valorar con mayor precisión el riesgo sísmico del valle de Querétaro, tal es el caso de la propuesta que se hace de micro-zonificación sísmica que delimita zonas de riesgo en función de los

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periodos dominantes de vibrar del suelo y una valoración de los coeficientes sísmicos que el reglamento vigente contempla, lo anterior permitirá mayor certidumbre de que las estructuras que hoy en día se diseñan conforme a las normas vigentes satisfagan de mejor manera las expectativas tanto técnicas como económicas, es decir, que cumplan con condiciones de seguridad aceptables y que a su vez se encuentren dentro de las posibilidades económicas actuales.

0.800.70

0.60

0.50

0.40

0.60

0.30

0.40

0.30

0.30

050

0.60

0.30

0.30

0.30

0.30

Figura 19 Mapa de Iso-periodos y Micro-zonificación Sísmica del Valle de Querétaro. A iniciativa de la Secretaría de Obras Públicas del Municipio de Querétaro, se revisó el Reglamento de Construcción de Servicios Urbanos de este Municipio. Respecto al diseño por sismo, los coeficientes sísmicos se mantienen los del Reglamento de 1992, a falta de elementos y estudios que permitan establecer mejor los criterios para este diseño. La única modificación que se propone es considerar sólo dos tipos de terreno, el firme o duro (zona I, lomas y periferia del valle de Querétaro) y el de transición con estratos superficiales arcillosos (zona II, ver figura 19). En la tabla 7 se muestran los valores de los coeficientes utilizados para el Mpo. de Querétaro, en comparación con los propuestos por la CFE y el Reglamento de Construcción para el D.F. Lo anterior ha motivado a que en la ciudad de Santiago de Querétaro y específicamente en la Universidad Autónoma de Querétaro, se venga trabajando en la obtención de un mayor conocimiento respecto a las condiciones y comportamiento locales de sitio, pues si bien no se tienen reportes históricos de daños importantes por eventos ocurridos, tampoco se tiene la certeza de que estos no pudieran ocurrir periódicamente, como el sismo de 1998 de Pedro Escobedo. Además, las condiciones físicas del subsuelo están sujetas a cambios con el paso del tiempo, cambios provocados en ocasiones por el mismo hombre en su afán de satisfacer sus necesidades de bienestar, tal es el caso de la continua sobre-explotación de los mantos acuíferos.

TABLA 7 Coeficientes Sísmicos para el Municipio de Querétaro ZONA B. CONSTRUCCIONES GRUPO B

ZONA RC – QUERETARO 1991

CFE – 1993 ZONA B

RC – DF 1987

I 0.1 0.14 0.16 II 0.2 0.3 0.32 III 0.25 0.36 0.4

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Finalmente, se puede mencionar que para las ciudades de Celaya, Irapuato y León, Gto., se están terminando sus respectivas cartas de Iso-periodos. Estas cartas se han podido realizar gracias a los trabajos de tesis de maestría que los alumnos oriundos de estas ciudades están desarrollando.

CONCLUSIONES En este trabajo se muestran los principales resultados de estudios locales, sobre las acciones en las construcciones y viviendas provocadas por la subsidencia, las arcillas expansivas y el deslizamiento del terreno. Además, algunas ayudas para el diseño sísmico de las construcciones, como las cartas de iso-periodos naturales de vibrar del terreno de algunas poblaciones de la región centro-norte. Finalmente, se muestran los resultados de estudios experimentales sobre la mampostería de los materiales que se utilizan en la zona. Todos estros trabajos han sido la contribución de las Universidades Publicas de la región, dependencias de Gobierno y Asociaciones civiles, al conocimiento de las condiciones locales que inciden en el diseño y construcción de las viviendas, en particular, y obras en general, de la región centro norte del País.

REFERENCIAS Arroyo M. et al., “Causas y Efectos de las Grietas y Fallas del Valle de Aguascalientes”, Reporte del Proyecto No.: 1998.02.04.012 (FIN98090), Fondo del Sistema de Investigación Miguel Hidalgo, FOSIHGO, SEP-CONACYT, 2001. Colegio de Ingenieros Civiles de Aguascalientes, A.C., “Programa Secuencial de Demolición del Templo de San Felipe de Jesús”, Reporte Técnico, Aguascalientes, 2005. Cabrera B. A., Alaníz M. (2002), “Estudio de las propiedades Físicas y mecánicas del tabique rojo recocido utilizado en la construcción en el Municipio de Querétaro”, Tesis de Licenciatura. Facultad de Ingeniería, UAQ, México. ICA (1999), “Edificaciones de mampostería para vivienda”, Fundación ICA, México. Meli Roberto (1998), “Ingeniería Estructural de los Edificios Históricos”, Fundación ICA, México, DF. NTC-RC-DF (2004), “Propuesta de Normas Técnicas complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería”, DDF, México. RCySU (2001), “Reglamento de Construcción y de los Servicios Urbanos para el Municipio de Querétaro”, La Sombra de Arteaga, Tomo CXXXIV, Santiago de Querétaro, QRO. RC - MQ (2001), “Reglamento de Construcción y de los Servicios Urbanos para el Municipio de Querétaro”, Diario Oficial de Gobierno del Estado “La sombra de Arteaga”, No. 22, Tomo CXXIV, Santiago de Querétaro, Qro. RC - DF (1987), “Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal”, México D. F. Tena A. (1999), “Materiales y Elementos Constituyentes de las Mamposterías”, Diplomado en Análisis y Diseño de Estructuras, Facultad de Ingeniería de la UAQ, Tomo 3, Querétaro, México. Zermeño de León, Mario; Mendoza Otero, Enrique y Hernández Castillo, Luis Alfredo (2004) “Identificación y Monitoreo de Grietas Geológicas en la Ciudad de Aguascalientes”, Proyecto de Investigación financiado por el INAGUA, Gobierno del Estado de Aguascalientes, Universidad Autónoma de Aguascalientes, Centro de Ciencias del Diseño y de la Construcción.

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