Experiencias en México sobre reducción de vulnerabilidad sísmica

EXPERIENCIAS EN MÉXICO SOBRE REDUCCIÓN DE
VULNERABILIDAD SÍSMICA DE CONSTRUCCIONES DE ADOBE
Roberto Meli1
Las construcciones adobe en México
En México subsiste un gran número de construcciones hechas de adobe, a pesar de que el
material ha entrado en desuso y son muy pocas las nuevas construcciones que se hacen con
él. El material era muy común en las construcciones prehispánicas, tanto monumentales
como de vivienda, y fue el más empleado en la época colonial. Los primeros templos y
palacios construidos después de la conquista Alearon de adobe, pero en la mayoría de los
casos éstos fueron pronto sustituidos por mampostería de piedra, tanto por el deterioro de
los primeros debido a las condiciones ambientales y a los sismos, como por razones de
prestigio, una vez que mejoraron las condiciones económicas de tos conquistadores.
Prácticamente, ninguna de las construcciones prehispánicas o coloniales de adobe subsiste
en nuestros días, con la excepción de algunos ejemplos menores en las zonas áridas del
norte del país.
Durante muchos siglos el adobe fue el material dominante en la construcción de la
vivienda, tanto en las zonas urbanas como, y especialmente, en el medio rural. A partir del
siglo XX, el ladrillo artesanal, y después otros materiales más industrializados, se
emplearon para la mampostería de los muros de las viviendas en las zonas urbanas, y poco
a poco fueron ingresando a las zonas rurales. Se dio una sustitución paulatina pero continua
de la vivienda de adobe. A pesar de lo anterior, es muy grande el número de viviendas de
este material que todavía subsiste.
En su gran mayoría, las construcciones de adobe en el país son viviendas de las zonas
rurales o de pequeñas poblaciones. Adicionalmente, se mantienen núcleos de
construcciones de adobe en algunos centros históricos de las ciudades más tradicionales, y
cierto número de construcciones monumentales. En estos últimos casos, las construcciones
han sido objeto de diversas modificaciones y reconstrucciones, por lo que es arriesgado
asignarles una fecha definida. Con diversas excepciones, puede afirmarse que la gran
mayoría de las construcciones de adobe existentes fueron construidas entre la mitad del
siglo XIX y mediados del XX. Las construcciones anteriores fueron destruidas por eventos
naturales, y a veces de nuevo reconstruidas con adobe, o fueron sustituidas por materiales
modernos. Después de 1950, la construcción de adobe ha sido muy escasa y se ha limitado
a zonas remotas del país o a construcciones menores no habitadas.
Vulnerabilidad sísmica de las construcciones de adobe
Los sismos han tenido gran influencia en la evolución de la construcción en adobe. La
vulnerabilidad de estas construcciones ante los sismos fue percibida desde tiempos
tempranos de la colonia y file uno de los factores que más influyeron en su sustitución por
la mampostería más moderna y en la limitación de tres dimensiones de las
1
Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, [email protected]
construcciones de adobe; por la misma razón en México son muy escasos los casos de
construcciones de más de un piso con este material, y en caso de necesitar una ampliación a
una segunda planta, esta se edificó en general de madera. La permanencia de la
construcción de adobe está también ligada a los efectos sísmicos- Así, en !a ciudad de
Oaxaca donde los sismos intensos son frecuentes, se dejaron de reconstruir en adobe las
primeras edificaciones monumentales que habían fallado por los sismos., pero las
construcciones menores se reconstruyeron en gran medida con este mismo material, hasta
que en el gran sismo de 1942, los edificios de adobe del centro histórico que quedaron
prácticamente destruidos, fueron sustituidos en gran medida por edificaciones de ladrillo,
en mampostería confinada. Por el contrario, en la ciudad de Colima, donde tos sismos
intensos son menos frecuentes, se ha mantenido una mucho mayor proporción de
construcciones de este material, aunque con importantes modificaciones que fueron en
diversos casos acompañadas de intentos de mejorar la seguridad.
Para fines del estudio de la vulnerabilidad sísmica de las construcciones de adobe existentes
en México, conviene distinguir tres casos principales, y para cada uno definir una tipología
básica, a pesar de que se reconoce que existen en cada caso diversas variantes. En número
de construcciones destaca claramente el primer caso que es el de la vivienda rural de adobe.
Esta está constituida esencialmente por un solo cuarto con subdivisiones de paredes bajas,
es de planta rectangular, muros ateos y con pocas y pequeñas aberturas para puertas y
ventanas. (Fig, 1). El techo depende del clima de la zona: en climas cálidos o templados,
con alta precipitación, el techo es de dos aguas, definidas por armaduras de madera de tipo
tijera y nudillo y cubierto por paja o tejas de barro- En zonas de clima extremoso y de poca
precipitación, el techo es plano y tipo terrado con vigas paralelas de madera, sobre las que
se colocan tablones y un relleno de tierra, recubierto de mortero. Las dimensiones típicas de
esta vivienda son de 5x8x4ro y sus características se ilustran en la Fig. 2.
Cierta semejanza con el caso anterior, desde el punto de vista del comportamiento sísmico,
muestran algunos pequeños templos o capillas que existen en ciertas partes del país, sobre
todo en el sureste (Chiapas) donde se tienen templos de teja altura, con techumbre de
madera tipo tijera y nudillo, y con dos hileras de postes de madera. Las paredes
perimetrales son de adobe; de ellas, la fachada es mucho más alta y pesada. La cubierta es
de madera en dos aguas con teja, la que a veces ha sido sustituida en tiempos recientes por
lámina de zinc. Esta construcción es también común en países centroamericanos de peligro
sísmico semejante. Un prototipo de estas construcciones se muestra en la Fig.3.
El tercer caso lo constituyen los antiguos edificios de los centros históricos de algunas
ciudades coloniales. La diferencia con el primer caso está principalmente en el tamaño, que
es notablemente mayor tanto en planta como en altura, y las subdivisiones interiores que
son más numerosas, y frecuentemente de construcción mas reciente y hechas de ladrillos de
barro; con cierta frecuencia estas construcciones cuentan con un piso superior o con
mezanines. El techo es casi siempre de viguería de madera con tablones y un relleno de
terrado con pendiente cercana a 10% y recubierto de mortero con impermeabilizante
(Fig.4).
Una diferencia importante entre el primer tipo de construcción en adobe y los otros dos, es
que estos últimos son en todos los casos construcciones protegidas por considerare®
patrimonio histórico; por tanto cualquier intervención y posible intento de reducir su
vulnerabilidad deben ceñirse a criterios estrictos de conservación, situación que no se da
generalmente para la vivienda rural.
Comportamiento sísmico de la construcción en adobe
El estudio del comportamiento sísmico y las recomendaciones para mejorar la seguridad de
la construcción de adobe.» se ha basado esencialmente en la observación del desempeño de
estas construcciones ame sismos intensos y en las modalidades de daños que han
presentado.
Los tres casos descritos tienen unas características comunes, que determinan su debilidad
principal ante los efectos de los sismos. Algunas diferencias se mencionarán más adelanteLa resistencia a las cargas ¡atenúes generadas por los movimientos sísmicos es
proporcionada esencialmente por los muros perimetrales que, aunque generalmente tienen
gran espesor, son muy altos y con grandes longitudes entre soportes laterales por parte de
muros transversales. El sistema de techo, o piso cuando lo hay, no restringe el movimiento
de los extremos superiores de los muros. Todo esto hace que el comportamiento esté regido
por la flexión de los muros en dirección normal a su plano- Esta produce momentos
flexionantes críticos en las esquinas superiores de los muro (Fig. 5); éstos se agrietan
progresivamente hacia abajo, de manera que el muro frontal comienza a vibrar como una
pared en voladizo, o sea como una barda, y se presenta el volteo cuando la altura agrietada
es suficientemente grande como para que la resultante caiga fuera del espesor de la sección
del muro. El volteo ocurre casi siempre hacia fuera por la menor restricción del techo en
ese sentido, y a veces por el efecto adicional del coceo de la techumbre. La consecuencia
más grave de este modo de falla suele ser la caída del techo que afecta a los que se quedan
en el interior. Sólo cuando existen muchos muros divisorios que reducen la longitud de los
muros que se puede flexionar, o cuando el techo restringe la flexión de los muros, la falla
llega a ocurrir por el efecto de fuerzas cortantes que generan el característico agrietamiento
diagonal de las paredes. Este modo de falla es propiciado en gran medida por las aberturas
de puertas y ventanas que debilitan los muros- Se han presentado con cierta frecuencia
fallas en las esquinas de la vivienda que provocan la caída parcial del lecho o por
deslizamientos de los elementos de techo cuando están fijados en forma precaria (Fig.6).
Los templos de adobe son semejantes en su forma estructural a la vivienda típica descrita
anteriormente, excepto por su tamaño que es considerablemente mayor. Los modos de falla
por lo consiguiente son similares. Destaca la falta de adecuada conexión entre la fachada
principal y los muros longitudinales de la nave; esto conduce a la posibilidad de volteo
(total o parcial) de la fachada y de las torres que la limitan (Fig.7). También ocurre el
volteo de los muros longitudinales hacia fuera, o su desgajamiento, por tratarse usualmente
de muros de varías hojas pobremente conectadas. La falla por cortante de la fachada ocurre
ocasionalmente facilitada por las grandes aberturas de puertas y ventanas. En los templos y
otras construcciones con techo de bóveda, el volteo de los muros longitudinales se vuelve
más crítico por el coceo de la bóveda que incrementa fuertemente la tendencia de los muros
a voltearse hacia fuera.
Los edificios de dos o más pisos son más vulnerables por su mayor altura que da lugar a
mayores fuerzas sísmicas y a menor capacidad para resistirlas. La falta de conexión de los
sistemas de piso, generalmente de vigas de madera, con los muros, y la falta de efecto de
diafragma, no permiten una distribución eficiente de (as fuerzas de inercia generadas por la
vibración de! edificio a los elementos, a los muros alineados en la dirección más favorable
para resistirlas. Nuevamente, el problema y modo de falla crítico es debido a la vibración
del muro fuera de su plano y a su posible volteo (Fig-8).
Criterios y técnicas para la reducción de la vulnerabilidad sísmica
Las medidas básicas para la reducción de la vulnerabilidad tienden principalmente a
disminuir la posibilidad de volteo de los muros. Esto se logia confinándolos en los mismos
muros o conectándolos y restringiéndolos con diafragmas horizontales. La primera
modalidad es la usual en las pequeñas construcciones para vivienda y la segunda en los
edificios de techo plano y sobre todo en los de más de un piso.
En la vivienda la meta es obtener una reducción significativa de la vulnerabilidad al menor
costo posible y con una mínima interferencia con el uso del inmueble- En los edificios de
valor histórico el costo tiene menor importancia; la mínima alteración del aspecto y de la
esencia histórica se vuelve el requisito esencial.
Son diversas las soluciones que se han empleado para reforzar la construcción típica de
vivienda identificada anteriormente. Las más sencillas consisten en la colocación de un
elemento de refuerzo (viga-cadena o viga-corona) sobre las cabezas de los muros
perimetrales, con el propósito de proporcionar continuidad entre los muros transversales,
para aumentar la resistencia y rigidez a flexión de los muros y para permitir una mayor liga
con el techo. Estos elementos pueden ser vigas de concreto, como en el ejemplo de la Fig.
9, en donde se proponen detalles constructivos para lograr una mejor liga de la viga con el
adobe y con la estructura de madera del techo, una opción más sencilla es que la viga sea a
base de elementos de madera en un arreglo de alma abierta, como en la Fig. 10. una
solución más elemental para ligar entre sí los muros perimetrales, pero mucho más
económica y sencilla de fabricar que las dos anteriores, es mediante barras de acero
horizontales que funcionan como tensores (Fig. 11).
Otros procedimientos buscan una mejora más radica! del comportamiento. En ocasiones se
ha empleado el refuerzo con elementos verticales de concreto en las esquinas y en las
aberturas de las puertas, los cuales junto con una viga corona forman un marco que confina
la pared de adobe, de manera similar a la practica común y muy exitosa que se tiene con la
mampostería confinada de ladrillo (Fig. 12). En este caso, sin embargo, debido al grosor de
los muros de adobe, estos elementos de concreto resultan excesivamente robustos y,
además de que llevan a una solución costosa y complicada dé realizar, levantan dudas sobre
la compatibilidad entre la gran rigidez del marco confinante de concreto y la de la
estructura de adobe que es mucho menor. Un procedimiento que tiende a lograr refuerzo,
rigidización y liga entre los muros consiste en colocar un recubrimiento de mortero de
cemento sobre una malla de acero de refuerzo fijada cuidadosamente a muro por ambas
cara, formando un elemento compuesto de adobe y concreto reforzado (Fig. 13). Se tiene la
ventaja adicional de que se protege al adobe de la intemperie, pero con el problema de que
se impide la salida de humedad del mismo, lo que puede causar una degradación cuando
éste absorbe humedad del subsuelo o del techo, como es frecuento, una versión
simplificada de este procedimiento consiste en limitar el refuerzo con malla y mortero a una
banda horizontal en la parte superior de muro, complementada con bandas verticales en las
esquinas (Fig. 14). Se logran los objetivos básicos que se persignen con el procedimiento
completo.
Una medida adiciona! que mejora el comportamiento y que resulta necesaria cuando los
muros son muy largos, consiste en restringir la flexión de los muros fuera de su plano con
tensores transversales distribuidos en su longitud, o rigidizando el propio techo o piso
intermedio para que forme un diafragma horizontal de gran rigidez en su plano. La solución
de los tensores se ha empleado de manera generalizada para el refuerzo de edificios de
mampostería desde hace varios siglos, con las llamadas cadenas de hierro; en la actualidad,
ésta se emplea en diversas variantes en los edificios históricos; mediante tensores paralelos
a la viguería de tos sistemas de piso, o con mucha frecuencia, con losas de concreto coladas
sobre el piso origina!, sustituyendo a parte del relleno que comúnmente existe. La adecuada
conexión entre el diafragma horizontal de concreto, que así se forma, y la estructura de piso
original y los muros, presente dificultades que se han resuelto de distintas maneras.
Al juzgar la aplicabilidad de las distintas técnicas disponibles hay que considerar, no sólo
su eficiencia estructural, sino la facilidad de su ejecución en una construcción existente y su
costo y otros factores, como la habitabilidad y la aceptación por parte de los habitantes.
Programa experimental sobre propiedades estructurales y sísmicas de las
construcciones en adobe
En diversos países, y sobre todo a partir de 1970, se han realizado programas de
investigación de amplio alcance para desarrollar modalidades más seguras de construcción
de adobe en zonas sísmicas. En América Latina destacan los estudios realizados en el Perú
y en México. Yo me referiré a lo que se ha logrado en este último país. Por las razones
antes mencionadas, en México el interés del estudio de la construcción en adobe se ha
dirigido esencialmente al desarrollo y difusión de técnicas para mejorar la seguridad
sísmica de las edificaciones existentes, y no ha habido mucho esfuerzo para el desarrollo de
nuevas construcciones de adobe mejorado.
Se llevó a cabo un estudio sobre la variabilidad de las propiedades mecánicas de los adobes
que se estaban produciendo en diversas regiones del país, seleccionadas entre las de mayor
peligro sísmico. Se sacaron probetas para determinar la resistencia en compresión y en
tensión. Se observó una gran variabilidad de estas propiedades, que más que por su
importancia en sí., pueden tomarse como Índices de la calidad del materia! y que se
correlaciona también con su durabilidad y sensibilidad al deterioro por la exposición a la
intemperie y a los cambios de humedad. En la Tabla 1 se muestran algunos resultados
básicos que revelan una importante variabilidad regional y valores típicos de 6-10 kg/cm2
para la resistencia a compresión y de algo menores de 2-4 kg/cm2 para la de tensión.
Con adobes fabricados en laboratorio para que tuvieran propiedades similares al promedio
para los recolectados en campo, se construyeron muretes, empleando distintos morteros
para las juntas entre los adobes, no sólo con el lodo mismo con que se construyen las piezas
sino también con mortero de cal. Los resultados mostrados en la Tabla 2 indican que la
calidad del mortero no tiene una influencia significativa en la resistencia a compresión,
aunque sí en la resistencia al corte y el módulo de elasticidad; en general, no se ven grandes
ventajas en emplear otro mortero que no sea el tradicional de lodo. La resistencia del
conjunto no difiere significativamente de la del adobe sólo; se pudo determinar además la
resistencia al cortante de la mampostería de adobe para la cual un valor indicativo es 1.3
kg/cm2.
Se ensayaron dos muros de 2 m de lado para que fallaran por cortante ante ciclos de caigas
laterales alternadas; se observó un comportamiento cercano al lineal y con ciclos de
histéresis estables ante la repetición de cargas, hasta el agrietamiento diagonal del muro,
después del cual la capacidad del muro para resistir cargas laterales se redujo prácticamente
a cero (Fig.15). De estos ensayes se puede considerar vea esfuerzo máximo resistente al
cortante cercano a 1 kg/cm2 y un modulo de rigidez a cortante de 7501íg/cm2.
Se realizaron ensayes en mesa vibradora de modelos a escala del prototipo de vivienda rural
típica comentado anteriormente. El propósito fue evaluar la capacidad sísmica de las
construcciones originales y, sobre todo, cuantificar y comparar la eficiencia de diferentes
procedimientos de refuerzo que se han propuesto para disminuir la vulnerabilidad sísmica
de estas construcciones. Se empleó una escala dimensional de 2.5 veces.
Los modelos se sometieron a movimientos de su base correspondientes a registros de
distintos sismos importantes con características que los hacen particularmente severos para
las construcciones de este tipo. Los resultados comparativos se presentan en función de !a
respuesta a un registro modificado del
registrado en el estado de Oaxaca, Este registro se
fue aplicando sucesivamente aumentando cada vez su nivel de intensidad. Como medida
principal del grado de daño se uso el aumento en periodo fundamental de vibración del
modelo, ya que éste es indicativo de la pérdida de rigidez de la construcción y por tanto de
su agrietamiento y deterioro (Fig, 16). Después de cada prueba con un nivel de intensidad
se medía el período y amortiguamiento del modelo, antes de pasar a un nivel más ateo.
Se estudiaron en total siete modelos, de los cuales tres fueron construidos en forma
independiente, y los restantes se obtuvieron reforzando algunos de los primeros, después de
haber sido llevados a un estado avanzado de daño.
El primer modelo, sin refuerzo, presentó un aumento importante del periodo para una
intensidad igual a 50% del sismo original. Los resultados de los modelos siguientes se
presentan en función del factor en que cada forma de refuerzo aumenta la intensidad
sísmica necesaria para llegar a un estado de daño semejante al que se consideró como límite
para el modelo original Los resultados se resumen en la Tabla 3, de la que se aprecia que
todos los procedimientos de refuerzo estudiados aumentaron significativamente la
resistencia. Con mucho, el más efectivo fue la colocación de una malla de acero clavada al
adobe en ambas caras del muro, pero se aprecia también que basta un refuerzo mucho más
sencillo, como la colocación de una cadena perimetral, o unos tensores metálicos, en la
parte superior de los muros, para aumentar significativamente la resistencia sísmica del
modelo. La eficacia de los tensores horizontales en la cabeza de los muros aumenta en
forma importante si se complementan con tensores verticales en las esquinas.
Los programas de reducción de vulnerabilidad sísmica. Resaltadas y desafíos
La alta vulnerabilidad sísmica de la construcción de adobe ha sido reconocida desde hace
muchos años, y también lo han sido los procedimientos necesarios para mejorar su
desempeño, innumerables manuales, cartillas y folletos han sido elaborados por
instituciones internacionales y locales para difundir estas practicas mejoradas Entre los
documentos más conocidos de este tipo están los producidos por Intematíonal Association
for Earthquake Engineering (1986), Germán Society of Earthquake Engineering (1991) y
Coburn et al. (1995). En México circula una cartilla para construcción con adobe desde
1970 y su contenido sigue siendo muy actual Recientemente el Centro Nacional de
Prevención de Desastres ha publicado otra cartilla de excelente calidad y con una amplia
gama de soluciones (CENAPRED, 2002). Puede afirmarse que el impacto que han tenido
estas publicaciones en la práctica ha sido muy limitado, tanto en México como en otros
países.
Deben explorarse nuevos medios de difusión y de transferencia de tecnología y nuevas
estrategias para los programas de reducción de vulnerabilidad de estas construcciones.
Estos deben tomar en cuenta el bagaje cultural y la situación socio-económica de la
población interesada. La experiencia muestra que el período de reconstrucción
inmediatamente después de un sismo que ha producido mucho daño es e! momento donde
es más factible la aceptación e implantación de programas de reducción de vulnerabilidad
sísmica. Un ejemplo de programa exitoso es el que se realizó después del sismo de
Maharastra en la India (1993); en éste se incluyó un amplio programa de capacitación de
personal de la construcción y de construcciones piloto (Nikolic-Brzev et al. 1999).
En términos generales los programas de rehabilitación sísmica de vivienda deberían tomar
en cuenta las siguientes recomendaciones (Metí y Alcocer (2004):
• Involucrar a los propietarios de las viviendas en todas las etapas del programa y en la
construcción misma
• Promover soluciones estructurales cercanas a la práctica constructiva local, y cuyos
beneficios sean claramente percibidos por los habitantes
• Desarrollar programas de entrenamiento para el personal local que intervendrá en la
construcción
• Realizar programas piloto a escala pequeña, para fines demostrativos y para afinar las
técnicas más adecuadas.
• Difundir entre los beneficiarios potenciales casos que resultaron exitosos en condiciones
similares
• Incluir en los programas incentivos económicos, principalmente los relacionados con
proporcionar materiales a precios subsidiados y empleo temporal para la población que
participara en los programas de capacitación y de construcción
• Ligar las acciones de reducción de vulnerabilidad a otras medidas relacionadas con
mejoras de !a habitabilidad y durabilidad de la vivienda y de sus servicios, y en general a
acciones para la reducción de la pobreza- Es importante tener en mente que la segundad
estructural es un concepto muy difícil de vender a aquéllos que enfrentan muchas carencias
en su vida diaria- Puede venderse mucho más fácilmente cuando está ligada a otros
beneficios más tangibles e inmediatos.
Referencias
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