Edificios altos como alternativa para zonas sísmicas

 

Hace 15 años, un terremoto de 7.6 grados de magnitud cimbró el estado de Colima. Las consecuencias y sus daños persisten aún en la memoria de sus habitantes.

A raíz de este fenómeno, científicos colimenses han fortalecido la investigación en materia de sismología y llevan a cabo un proyecto multidisciplinario e interinstitucional que propone la construcción de edificios altos para regiones que, aunque son altamente sísmicas, tienen un suelo duro, formado por material volcánico.

 

Por Pedro Zamora Briseño

Colima, Colima. 23 de marzo de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- Quince años después del terremoto de 2003, los recuerdos todavía hacen aflorar las lágrimas en los ojos de María Guadalupe León Bautista, habitante de la colonia San Isidro en el municipio conurbado de Villa de Álvarez, Colima. 

Ilustración: Ana Yáñez.

Durante el movimiento telúrico, de 7.6 grados de magnitud, se derrumbó la casa familiar y murió su padre, Pedro León González, atrapado entre los escombros, mientras que su hermana menor, Sofía de Lourdes, sufrió heridas y fracturas que la mantuvieron más de dos meses en silla de ruedas.

Según las cifras oficiales, esa noche murieron 24 personas, 550 resultaron heridas, y hubo daños de diferentes magnitudes en más de 26 mil casas habitación, equivalentes a alrededor de 20 por ciento de las viviendas de entonces en la entidad. Los daños materiales cuantificados en el estado ascendieron a casi dos mil millones de pesos.

Interior de una casa dañada durante el terremoto. Foto: Raymundo Padilla Lozoya.La casa de la familia León Bautista no fue la única colapsada en esa colonia, ya que la gran mayoría de sus vecinos sufrió pérdida total de sus viviendas. Días después, cuando fueron retirados los escombros, los terrenos baldíos se extendían por cuadras enteras.

Posteriores estudios de mecánica del suelo de esa área de la zona metropolitana Colima-Villa de Álvarez determinaron que no eran terrenos aptos para construcción, por el exceso de humedad y la falta de consistencia, debido a que tiempo atrás ahí habían estado asentadas algunas ladrilleras.

María Guadalupe León recuerda que el gobierno estatal ofreció reubicarlos en lotes de la colonia Real de Minas, pero la mayoría de los vecinos no aceptó, por lo que finalmente las autoridades les permitieron quedarse en el lugar a quienes así lo desearan.

La familia León Bautista fue una de las que no se fueron, pero ante la insuficiencia de los 30 mil pesos recibidos como único apoyo de parte del Fondo de Desastres Naturales (Fonden), los hermanos de la mujer, de oficio albañiles, tardaron seis años en edificar una nueva vivienda sobre el mismo terreno.

Sin embargo, para evitar riesgos derivados de las deficiencias del suelo, el inmueble fue construido de una sola planta —originalmente tenía dos niveles— sobre una gruesa plataforma de concreto y varilla.

Investigación científica ante fenómenos sísmicos

De acuerdo con José Francisco Ventura Ramírez, exdirector de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima (Ucol), el sismo del 21 de enero de 2003, ocurrido minutos después de las 20:00 horas, se ubica dentro de la categoría macro por haber rebasado los siete grados de intensidad y por la magnitud de los daños causados.

Tuvo un impacto más fuerte en Tecomán y la zona metropolitana de Colima-Villa de Álvarez; en el primer caso por deficiencias en la construcción, mientras que en el segundo por estar en una zona de avalancha volcánica que tiene al menos tres tipos de suelo, que responden de manera distinta.

A 15 años de distancia, sin embargo, la población del estado continúa en situación de vulnerabilidad porque hasta ahora solo la capital tiene un reglamento reciente de construcción, emitido en 2014, pero no ha publicado las normas técnicas para garantizar la seguridad de los nuevos inmuebles ante fenómenos sísmicos.

Placas tectónicas que interactúan en territorio mexicano.Sin embargo, en este periodo se avanzó en algunos aspectos, como la elaboración de un atlas estatal de riesgos y el fortalecimiento de la investigación científica de la Universidad de Colima en materia de sismología.

Ventura Ramírez, maestro en ciencias en el área de ingeniería sísmica, señala en entrevista que todo el estado de Colima se encuentra en una zona de muy alto peligro sísmico, debido a que las placas oceánicas de Cocos y Rivera se hunden bajo la placa continental Norteamericana a lo largo de la trinchera mesoamericana y forman zonas de subducción donde ocurren muchos terremotos.

Pese a lo anterior, contra la creencia popular de que por ser zona altamente sísmica la ciudad de Colima no es apta para la construcción de edificios altos, el doctor Agustín Orduña Bustamante prepara el proyecto Desarrollo de vivienda vertical sustentable, para el que propone la aplicación del mecanismo denominado aislamiento sísmico.

Profesor investigador de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima, Agustín Orduña explica que la idea es promover edificios para vivienda de diez a 20 niveles, pues este tipo de inmuebles “es más apropiado y seguro para regiones como Colima que, aunque son altamente sísmicas, tienen un suelo bastante duro, formado por material volcánico”.

Según el académico, la característica de los sismos en esta entidad —de movimientos rápidos y periodos naturales cortos— afecta más las edificaciones rígidas de una o dos plantas que los edificios altos.

“En suelos duros, un sismo de movimiento rápido, con periodos de alrededor de 0.1 segundos, no alcanza a mover un edificio grande, pues este tiene un desplazamiento más pausado, más lento, que va de uno a dos segundos; la idea que propongo está relacionada con lo que en ingeniería se llama aislamiento sísmico, en el que mientras el suelo se mueve muy rápido, el edificio prácticamente se queda inmóvil; con este mecanismo, el sismo probablemente se percibe como subir y bajar, más que el movimiento horizontal que normalmente puede causar más daño”, refiere.

Agustín Orduña Bustamante.Agustín Orduña Bustamante compara esto con la maniobra que hacen los magos que retiran rápidamente el mantel de una mesa sobre la que había una jarra con agua y esta se queda en su sitio. “Es tan rápido que el movimiento no se puede transmitir a la jarra, que es algo pesado. Es algo parecido con el desplazamiento del sismo: se mueven el terreno y la base del edificio relativamente rápido, con oscilaciones cortas y rápidas, y el edificio tiene otra forma de vibrar más pausada, digamos que no tiene tiempo de seguir el movimiento del terreno”.

José Francisco Ventura señala, a su vez, que ante los tres tipos de suelo del área conurbada Colima-Villa de Álvarez, cada zona debe tener su propio diseño para construcción desde el punto de vista sísmico. Y aunque el área de mayor riesgo se encuentra al sur de la ciudad, en todos los casos se requiere realizar estudios del suelo porque las avalanchas volcánicas están compuestas de materiales diversos: “A veces se encuentra uno piedras muy grandes y en otras hay islas de material de tierra conocido como limo o arena”.

—¿Esa información está considerada en los reglamentos de construcción?

—Sí y no. Sí, porque ya hay estudios y de alguna manera las inmobiliarias conocen esa situación, pero no, porque no se ha publicado oficialmente y entonces mientras esto no ocurra no hay forma de hacer obligatorio que se aplique.

“La ventaja hacia el suroriente, considerada la de mayor riesgo por su tipo de suelo, es que originalmente la construcción de viviendas es de inmobiliaria —salvo algunas colonias tradicionales que eran parcelas y los propios dueños fueron edificando— y estas constructoras sí cumplen los reglamentos porque el Infonavit o cualquier otra autoridad les pone una serie de filtros que tienen que cumplir para poder asegurarlas”.

Sin embargo, advierte que las ampliaciones de esas mismas viviendas no son seguras, pues una vez que se le agregan recámaras u otros espacios como cochera, no hay garantía de que se hayan hecho con un proyecto que considere el efecto sísmico del suelo ahí.

Mapa de riesgos

José Francisco Ventura Ramírez cuenta que en 2010, junto con el doctor Vyacheslav Zobin, del Observatorio Vulcanológico de la Universidad de Colima, realizó un mapa que marcaba la zona sur de la capital como la de mayor riesgo ante un temblor de gran magnitud.

José Francisco Ventura Ramírez.“En la zona centro ya sabemos que va a haber daños, es algo que se tiene que considerar porque por un lado está conservado el patrimonio histórico, pero también sabemos que los materiales tienen degradación con el tiempo y que va a haber daños ante un temblor. La idea es volver a construir prácticamente igual como estaba, con la finalidad de hacer la conservación de ese patrimonio, obvio siempre buscando que no haya heridos o fatalidades, pero aceptando que hay daños por el tipo de construcción”.

En la zona norte, añade, también puede llegar a ser preocupante no porque no respeten el reglamento, pues son construcciones grandes que tienen sus autorizaciones e ingenieros que vigilan su construcción, pero “algunas de ellas son bastante audaces, es decir, tienen claros muy grandes, y muchas veces esas soluciones se salen un poquito de lo tradicional de las normas y deben tener buenos constructores para garantizar que no hay posibilidad de daños”.

—¿Qué falta para que se publiquen las normas técnicas de construcción?

—El reglamento de Colima se publicó en mayo de 2014 y los transitorios marcaban el plazo de un año para publicar las normas, pero ese año llegó en época electoral de cambio de gobernador y de ayuntamiento, pero el actual gobierno tampoco ha publicado tales normas, desconozco las razones.

“Una situación que se presenta es que aunque los ayuntamientos tienen la facultad de darles seguimiento, desde mi punto de vista creo que las normas deberían ser estatales. Que no las publiquen los ayuntamientos, sino que estos solo publiquen el proceso con el cual van a verificar que las normas se cumplan, pero creo que el estado debería publicar las normas”.

Zonificación de peligro sísmico en el área conurbada Colima-Villa de Álvarez. Fuente: Atlas de Peligros y Riesgos del Estado de Colima.En la elaboración de las normas técnicas, dice, participan el Colegio de Arquitectos y el de Ingenieros Civiles y están basadas prácticamente en la norma de la Ciudad de México, porque allá está el Instituto de Ingeniería de la UNAM, el Instituto de Investigaciones Eléctricas, así como los edificios más altos del país y los suelos más complicados por ser zona lacustre, además de que muchas investigaciones sobre los efectos de los sismos están concentradas allá, aunque no tiene sismos tan fuertes como los de la región de Colima.

En las normas técnicas del municipio de Colima se establece que ya no debería haber ventanas ni puertas sin castillos ni dalas por los tres lados. “Está probado que si tú a los marcos no les pones castillos y dalas, por muy pequeños que sean los vanos, ahí se van a concentrar riesgos (…) A mayor seguridad se encarece un poco la obra, pero la parte del diseño se trata de eso y garantizamos que no va a haber pérdidas mayores. Eso ya está considerado en las normas que no se han publicado”.

Otro aspecto muy importante es el relacionado con los estudios de la mecánica de suelos en cada uno de los terrenos, situación que se torna más crítica, pues ante la existencia de islas de diversos materiales, no resulta válido basarse en un estudio realizado a dos cuadras de distancia.

Un estudio de mecánica de suelos, que tiene un costo de seis mil a siete mil pesos, actualmente no se exige legalmente, por lo que en la norma técnica debería establecerse la obligatoriedad de realizarlo, pues como está la situación es fácil no hacerlo y no hay problema legal, aunque para una construcción más grande, de 400 metros cuadrados o más, ya es indispensable que tenga su estudio de mecánica de suelos, de lo contrario no se autoriza la obra.

María Guadalupe León recuerda que semanas después del terremoto de 2003, ingenieros japoneses y de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) realizaron en el terreno de su casa caída un estudio de mecánica de suelos. “Excavaron como un metro o metro y medio de profundidad y decían que había mucha agua, que no era apto el terreno para construir nuevamente porque había mucha humedad abajo, pero ya ve, uno es terco”.

Mientras las cinco mujeres de la familia pretendían aceptar la reubicación ofrecida por el gobierno, su hermano mayor las convenció de quedarse en ese lugar con el argumento de que ese era el patrimonio que les dejaron sus papás. Las diversas etapas de la casa fueron construidas por los dos hermanos albañiles en fines de semana, con asesoría de un ingeniero que les indicó la manera como podían reforzar su nueva vivienda.

Así también, el gobierno del estado terminó por permitir la construcción de viviendas en los mismos terrenos. “En ese entonces estaba Fernando Moreno Peña de gobernador y nos hacían reuniones, al principio nos decían que no eran aptos los terrenos, pero al final nos dijeron que si no queríamos reubicación, nos podíamos quedar aquí. Mucha gente no quería reubicarse. Al final, resultó que no nos iban a quitar los terrenos y aquí estamos”.

—¿Cuándo les dijeron que si querían quedarse podían hacerlo?

—Fue antes de que saliera de gobernador Fernando Moreno. En las juntas nos decían que por el temblor primero iban a hacer un estudio del suelo, porque esa parte de aquí fue la más dañada, nos decían que por seguridad de nosotros tenían que reubicarnos y que había espacio en Real de Minas. Mucha gente empezó a protestar, después salió la versión de que iban a construir aquí una planta de la cervecería Corona, pero eran solo "dimes y diretes" porque a nadie le constaba eso. Al final, dijeron que quien quisiera se quedara aquí con sus terrenos.

—¿Usted se siente segura en esta casa?

—Yo pienso que sí, pero no sabe uno. Uno dice y Dios decide. Uno no puede decir: "Esto no se va a caer". Ahí está el Titanic, el que lo hizo dijo que ni Dios lo podía hundir, y en su primera salida se hundió. Nomás sale uno, pero no sabe ni de qué magnitud puede haber un temblor.

Según proyecciones de José Francisco Ventura, en caso de que ocurra en Colima un terremoto de similar intensidad al de 2003, podrían registrarse pérdidas mayores o totalmente en 30 o 40 por ciento de las viviendas de la zona centro, proporción que se reduce conforme aumentan los niveles de seguridad en las áreas restantes.

Edificios para zonas sísmicas

En el proyecto de construcción de edificios altos para zonas sísmicas, cuyo responsable técnico es el doctor Agustín Orduña, participan otros ocho catedráticos: seis provenientes de las facultades de Ingeniería Civil y de Arquitectura de la Universidad de Colima, así como un académico del Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR) Oaxaca y otro de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ).

En octubre pasado, la propuesta fue presentada ante el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), en el marco de su Convocatoria de Proyectos de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales 2017, y pasó la primera etapa, por lo que actualmente los académicos entregaron la propuesta formal en busca de la aprobación definitiva y la asignación de recursos para el desarrollo del proyecto.

Aunque la investigación tiene como sede la ciudad de Colima, Agustín Orduña Bustamante aclara que no está enfocada exclusivamente para este lugar, pues también puede ser aplicada en otras ciudades el país con una situación similar en condiciones de sismicidad y tipo de suelo.

Reconoce que por tratarse de una ciudad media, no se percibe todavía la necesidad, desde el punto de vista económico, de construir grandes edificios en los próximos años en Colima, además de que prevalece entre la población desconfianza de vivir en un edificio alto.

“Una de las propuestas que contiene el proyecto es realizar una especie de campaña de concientización de la gente, para explicar que los edificios altos pueden llegar a ser más seguros que las casas de uno o dos niveles, pues cuando se tiene ese tipo de miedos es por desinformación”.

Como parte del proyecto, la base del edificio funcionaría como zona de amortiguamiento de los sismos. “La diferencia —indica el investigador— está en el primer nivel del edificio, cuyas columnas no serían continuas con las vigas del nivel superior y, de esta manera, en un movimiento lo que se movería más es la base, y la parte superior mucho menos; técnicamente esto es aislamiento”.

Entre las características técnicas, el primer nivel “iría reforzado con columnas bastante robustas de concreto o de acero, pero hay que calcular esas columnas muy bien, pues son la base y si llegan a fallar, todo se viene abajo, mientras que del primer nivel hacia arriba sería una construcción tradicional, con la ventaja de que las columnas y vigas irán más reforzadas: en este caso aislamos la estructura del sismo y en la parte de arriba prácticamente no sentirían el movimiento”.

De acuerdo con Agustín Orduña, hay sistemas de aislamiento que se han usado en otros países, pero en México apenas se empiezan a usar aisladores de base y amortiguadores.

“Aunque es otro concepto, la palabra amortiguamiento nos ayuda a definir la respuesta de qué tanto se mueve un edificio con el sismo. Si vemos el sismo como una energía que entra al edificio, una energía en movimiento, el amortiguamiento sirve para disipar la energía y para que la construcción en sí no tenga que disiparla por sí misma, sino que hay elementos que le ayudan y que la estructura no tenga que verse muy esforzada ni muy demandada”.

En el aislamiento tradicional, señala, hay una cimentación que está en contacto con el terreno y los aisladores son elementos relativamente cortos, de menos de un metro de alto, y arriba de ellos se coloca otra cimentación, por lo que ahí hay dos cimentaciones, con un costo duplicado.

Muro de reacción antisísmica de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Colima.En cambio, dice, en su proyecto él propone un tipo diferente de aislamiento, en el que efectivamente hay una cimentación en contacto con el terreno, pero las columnas que van a poder bambolearse y girar durante un sismo se encuentran en la estructura que cubre el primer nivel, pero ese espacio se puede ocupar y tener una función, por ejemplo, de estacionamiento.

“Esta estructura tendría que estar bastante reforzada para soportar este movimiento de las columnas y, a partir de ahí, se puede hacer la construcción de una manera tradicional”, comenta.

Entre las ventajas que tiene este sistema es que prácticamente no habría daños derivados de un sismo, porque al moverse el suelo, las columnas giran, pero como ya están formadas de alguna manera las grietas entre las columnas, la cimentación y la zona de arriba, no habrá agrietamiento: “La columna simplemente va a girar y regresar a su posición vertical y no hubo daño, no hay nada que reparar; desde el punto vista económico, es una ventaja”.

El proyecto considera la realización de pruebas del funcionamiento de ese sistema en el muro de reacción antisísmica que tiene la Facultad de Ingeniería Civil. “Le podemos inducir una fuerza lateral y vemos cómo se comporta la relación entre la fuerza y el desplazamiento, después tendríamos que hacer pruebas en la mesa vibradora que tiene el Instituto de Ingeniería de la UNAM y si vemos que el sistema tiene potencial, habría que hacer más pruebas”.

Puntualiza: “Hay que comprobar cómo funciona, ver la parte económica, si realmente tiene ventajas, y si no es la ventaja económica directa, puede ser en el aspecto ambiental, pues si se construyen edificios altos habrá más áreas verdes. Esperamos que el sistema tenga ventajas económicas y ambientales”.

 

 

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