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SISMO
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EVALUACION DEL RIESGO SÍSMICO MEDIANTE EL
MÉTODO DEL ÍNDICE DE VULNERABILIDAD. APLICACIÓN AL
MICROCENTRO DE LA CIUDAD DE SALTA, ARGENTINA
Ing. Roberto A. Caro
Profesor Titular, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Salta
Avda. Bolivia Nº 5150. (4400) Salta.
e-mail: [email protected]
Resumen
Las ciudades en zonas de alta sismicidad están sometidas a la amenaza que significan los
sismos. Esta es una de las causas que produce mayor pérdida de vidas humanas y económicas,
es decir lo que más incrementa el riesgo en éstas zonas son los sismos, y la mayor parte de las
mencionadas pérdidas se deben al comportamiento sísmico inadecuado de los edificios.
Existen dos tipos de medidas para reducir el riesgo sísmico:
1. Incrementar la seguridad sísmica de las estructuras existentes y futuras.
2. Desarrollar planes de emergencia que permitan actuar una vez ocurrida la catástrofe
sísmica.
Ambas acciones requieren la estimación previa del riesgo sísmico en la zona, lo que también
implica evaluar la vulnerabilidad de los edificios.
Actualmente, los estudios que se requieren para estimar el comportamiento sísmico de
estructuras existentes se enmarcan dentro del campo de la vulnerabilidad sísmica, el cual
forma parte del campo más amplio de la ingeniería sísmica y de la dinámica estructural.
Obviamente los estudios de vulnerabilidad se extienden también a otras disciplinas
relacionadas, como pueden ser la planificación urbana y la protección civil. Sin embargo, una
de sus mayores aplicaciones se encuentra en el cálculo y en la mitigación del riesgo sísmico.
Para reducir el riesgo sísmico en zonas urbanas existentes debemos buscar estrategias
adecuadas para reducir la vulnerabilidad de las estructuras.
Dentro del marco teórico, se presentan las últimas metodologías desarrolladas para evaluar el
riesgo sísmico mediante el índice de vulnerabilidad. Todo esto tendiente a aplicarla, sobre
todo en aquellos países en donde existe un gran vacío en los estudios de vulnerabilidad,
siendo una poderosa herramienta que puede ser usada y calibrada en diferentes zonas
sísmicas. En este etapa se muestran los primeros estudios realizados para la determinación del
Riesgo Sísmico aplicado al microcentro de la Ciudad de Salta. Para ello se demarcó una zona
de 24 manzanas.
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RIESGO Y VULNERABILIDAD SÍSMICA
El concepto de riesgo sísmico
Los sismos fuertes son los causantes de catástrofes naturales tan terribles, que se calcula en
más de catorce millones el número de víctimas que han provocado en todo el mundo desde
1755. Durante el siglo pasado se han producido en el mundo más de de 1100 sismos fuertes,
ocasionando la pérdida de más de un millón y medio de personas. Ejemplos que se refieren
sólo al último cuarto de siglo, demuestran las grandes pérdidas producidas por sismos tan
destructivos como los de Rumanía (1977), Chile (1985), México (1985), Armenia (1988),
Estados Unidos (1987, 1989, 1994), Colombia (1983, 1994) o Japón (1995). Por todo ello, en
el mundo entero empezaron a realizarse investigaciones para encontrar medidas que permitan
mitigar el efecto de los desastres sísmicos.
Obviamente, a la pérdida de vidas humanas debe añadirse las también cuantiosas pérdidas
ocasionadas por la interrupción de la actividad económica, de las líneas de comunicación y de
los servicios públicos. En este contexto, el riesgo sísmico se ha definido como las pérdidas
esperadas en un elemento en riesgo durante un período de tiempo especificado. El elemento
en riesgo puede ser un edificio, un grupo de edificios, una zona urbana, una ciudad entera o
las personas que viven en los mencionados edificios o ciudad. Pero el elemento en riesgo
también podría ser la actividad económica desarrollada en la zona, los servicios públicos o las
líneas de comunicación. Por este motivo, el riesgo puede medirse en términos de pérdidas de
vidas humanas, de pérdidas económicas o de daño físico de las estructuras, dependiendo dicha
definición de cuál es el elemento en riesgo.
Definición del riesgo sísmico
En la evaluación del riesgo se requiere la definición previa de los conceptos de peligrosidad
sísmica y de vulnerabilidad sísmica.
La peligrosidad sísmica representa la probabilidad de ocurrencia, dentro de un
período específico de tiempo y dentro de un área dada, de un movimiento sísmico del
terreno, de un nivel de severidad determinado. La sismología es la ciencia que
proporciona los datos necesarios para la definición de la acción sísmica.
La vulnerabilidad sísmica de una estructura, grupo de estructuras o de una zona
urbana completa se define como la predisposición intrínseca a sufrir daño ante la
ocurrencia de un movimiento sísmico de una severidad determinada. La vulnerabilidad
está directamente relacionada con las características de diseño de la estructura.
Es obvio que los avances que se realizan en el campo del diseño de estructuras pueden
aplicarse solamente a las nuevas. Sin embargo el número de éstas es muy pequeño en
comparación con el número total de estructuras existentes en una zona. Consecuentemente,
para reducir las pérdidas debidas a los sismos, es necesario mejorar también el
comportamiento de las estructuras antiguas. Dicha mejora requiere una evaluación previa del
comportamiento sísmico esperado de las estructuras de la zona, lo que ha sentado las bases de
los estudios de vulnerabilidad sísmica de las estructuras. Éstos están orientados hacia la
predicción de daños esperados en las estructuras, en el caso de que ocurra un sismo de una
determinada fuerza. A partir de dicha predicción, pueden definirse soluciones de reducción de
la vulnerabilidad estructural y, en consecuencia, de las pérdidas esperadas, es decir del riesgo
sísmico. Refiriéndonos solo a las estructuras, se define al riesgo sísmico como “el grado de pérdidas esperadas
que sufren las estructuras durante su período de vida útil, en el cual permanecen expuestas a la
acción sísmica”.
Las definiciones anteriores hacen referencia a la interrelación existente entre peligrosidad,
vulnerabilidad y riesgo sísmicos: el riesgo depende tanto de la vulnerabilidad de la estructura
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como de la peligrosidad en el emplazamiento y se expresa en costos que pueden ser de
cualquier tipo: físico o mecánico, económico, financiero, social, humano, etc.
Formulación matemática del problema de evaluación del riesgo sísmico
El daño que sufre una estructura como consecuencia de un movimiento sísmico fuerte
depende de tres factores:
1. La severidad del sismo en el emplazamiento
2. Las características de la estructura
3. Las funciones que relacionan el grado de daño esperado con la fuerza del sismo
Presentamos un marco matemático del concepto de riesgo sísmico. Parte de definir el riesgo
sísmico específico S, como la probabilidad de que una estructura o grupo de estructuras sufra
uno o varios grados de daño durante un tiempo dado. Matemáticamente esto significa que
dicho riesgo se obtiene mediante la operación de convolución (x) entre la peligrosidad sísmica
H, definida como la probalidad de ocurrencia de todos los niveles posibles de fuerza de los
sismos en la zona, y la vulnerabilidad V correspondiente a cada nivel de fuerza mencionado:
S H x V (1)
El riesgo sísmico R se obtiene mediante la operación de convolución (x) entre S y el valor C
de los elementos en riesgo:
R S x C H x V x C (2)
El valor C de los elementos en riesgo proviene tanto de los costos directos de los elementos
estructurales, no estructurales y del contenido del edificio, como de los costos indirectos.
Estos últimos pueden ser por una parte sociales y por otra la reducción debida a la
interrupción del servicio de las estructuras y de las comunicaciones.
El riesgo sísmico puede expresarse como pérdida de vidas humanas, como pérdidas
económicas o en forma de daño físico de las estructuras. Haciendo referencia solo al caso de
los edificios, es útil expresar el valor de su daño físico como el costo de reparación de todo lo
que ha sido dañado o puesto fuera de uso por el sismo. Es necesario tener en cuenta que el
valor del daño o incluso del colapso sufrido en los edificios de carácter histórico es enorme y,
en muchos casos, imposibles de evaluar económicamente.
Aplicación práctica de los estudios de riesgo sísmico
Después de haber visto una de las maneras de cuantificar el riesgo sísmico, sería interesante
plantear el problema de cuáles son los posibles usos prácticos que pueden darse a un estudio
de riesgo y de quienes serían sus posibles usuarios. Podemos analizar las posibles decisiones
que toman distintos usuarios a partir de resultados de estudios de riesgo sísmico, tipificando
tres casos:
1. Decisiones preventivas de carácter normativo para el diseño
sismorresistente. Las decisiones se deben tomar por los que elaboran las
normativas de diseño antes de que se haya producido un sismo severo. Por ello
se las denomina decisiones “a priori”.
2. Decisiones preventivas relacionadas con la determinación de las primas de
seguro sobre bienes en riesgo sísmico, que requieren la inspección de la
estructura después de un sismo severo, para así poder actualizar los datos
acerca de su vulnerabilidad. Por ello son conocidas como decisiones “a
posteriori”.
3. Decisiones preventivas a tomar por los responsables de protección civil u
otros servicios de emergencia que lleven la elaboración de planes para reducir
los efectos de los sismos. Una vez producido el accidente por sismo, en el
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marco de los planes desarrollados a priori, se toman decisiones en tiempo real
acerca de la intervención en las zonas afectadas. Tales decisiones deben
tomarse con rapidez, a medida que se recibe la información de los daños
producidos.
Con respecto a esta última tipología de decisiones, podemos profundizar, pero contemplando
otras facetas del problema como, por ejemplo, las posibles formas de reducir el efecto de los
sismos.
Debido al continuo crecimiento del tamaño de las ciudades, el potencial de destrucción
masiva de los sismos también se incrementa paulatinamente. Como consecuencia, el riesgo
sísmico en el mundo ha llegado a ser actualmente mayor que nunca en toda la historia y,
además, sigue creciendo. Durante la segunda mitad del siglo XX, se han producido en
distintas regiones del planeta catástrofes sísmicas sin precedentes. Si las autoridades
responsables no empiezan a realizar esfuerzos importantes orientados a la reducción del
riesgo, es muy probable que en el futuro ocurran con más frecuencia catástrofes similares o
aun más graves.
Habitualmente, por “mitigación del riesgo sísmico” se entiende, en el ámbito de la ingeniería,
la totalidad de acciones que tienen como objetivo la mejora del comportamiento sísmico de
los edificios de una zona a fin de reducir los costos de los daños estructurales esperados
durante un sismo. Últimamente se ha introducido en la práctica otro término, el de
“prevención sísmica”, que es similar al anterior pero de un contenido más amplio: incluye
aspectos humanos, sociales y gubernamentales relacionados con la reducción de los efectos
sísmicos.
La forma de mitigar el riesgo sísmico en una zona urbana puede estudiarse partiendo de la
definición del riesgo R. De acuerdo a las ecuaciones presentadas de R, es obvio que para
disminuir el riesgo R debe disminuirse la peligrosidad H, la vulnerabilidad V o el costo C.
Es posible reducir la peligrosidad sísmica actuando sobre las condiciones locales del suelo.
En cuanto a la reducción de la vulnerabilidad, se deben considerar dos casos. El primero es el
de las construcciones nuevas, que se encuentran en etapa de proyecto; la reducción de su
vulnerabilidad puede lograrse mejorando su diseño sismorresistente especialmente mediante
el cumplimiento de todos los requisitos de las normativas sísmicas del lugar. Por ello, es
también muy importante que dichas normativas se perfeccionen y actualicen a medida del
avance de los conocimientos del comportamiento sísmico de las estructuras. Adicionalmente,
es esencial mejorar también la tecnología y la calidad de la construcción. El segundo caso es
el de las construcciones ya existentes. En la práctica, es éste el caso más común, debido a la
existencia de un número mayor de obras construidas que de obras por construir. La única
forma de mitigar el riesgo sísmico en este caso es reduciendo la vulnerabilidad de las
estructuras de la zona a partir de una evaluación de las pérdidas sísmicas esperadas, lo que
permite realizar un estudio económico costo-beneficio para decidir entre el refuerzo, la
rehabilitación o la demolición.
Para reducir las pérdidas humanas se deben emprender campañas de preparación y educación
de la población acerca de las formas de protegerse durante los sismos. El número de víctimas
también podría reducirse elaborando códigos de urbanización que traten de evitar
concentraciones masivas en sitios de riesgo. Asimismo, es importante que los centros de
atención hospitalaria y auxilio frente a catástrofes estén ubicados en los lugares más
estratégicos y que su número sea adecuado a la población de la zona.
En la puesta en marcha de un plan de prevención sísmica en una cierta zona, tienen que
tomarse medidas relacionadas con campos muy diversos, tales como la mejora del diseño de
estructuras, el incremento de la calidad de la construcción, la toma de decisiones políticas y
administrativas, la educación de la población, etc. Este hecho confiere a la prevención sísmica
un carácter multidisciplinario y hace que en su puesta en práctica estén involucradas todas las
personas que viven en la zona.
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Dilemas éticos en el uso del concepto de riesgo sísmico
La mayoría de los problemas relacionados con la acción sísmica son polifacéticos por su
naturaleza y su resolución tiene carácter multidisciplinario, implicando incertidumbres, juicios
de expertos y ponderación de criterios completamente opuestos; también requiere la toma de
decisiones difíciles que, a veces, tienen un carácter político.
Una de las primeras dificultades con las que se enfrenta el ingeniero proyectista al plantearse
la reducción del riesgo en una zona sísmica es la de identificar, entender y aceptar el riesgo en
el que se encuentran todas las estructuras y cualquiera de sus elementos. Cualquier análisis del
problema debe partir del hecho de que es imposible eliminar completamente el riesgo. A esto
se añade el hecho de que los conocimientos acerca del riesgo son aun incompletos y los
resultados están afectados por un alto nivel de incertidumbres. Éstas repercuten en cualquier
decisión relacionada con el riesgo sísmico de las estructuras; incluso las que se toman
inmediatamente después de un sismo están condicionadas por las incertidumbres en la
ocurrencia de próximos sucesos sísmicos en la zona.
Debido a las incertidumbres en los resultados de los estudios de riesgo sísmico surgen dilemas
éticos y morales referentes al uso que debe darse a tales resultados. Concretamente, se plantea
el problema de cómo interpretarlos y a quién revelarlos. En California, por ejemplo, el criterio
para dar a conocer tal información es la existencia de una situación de riesgo inminente para
la población. Si un especialista en el tema observa una situación de este tipo, está obligado a
avisar a los posibles afectados. Sin embargo, no ha sido posible hasta ahora dar una
definición, aceptada por todas las partes implicadas, de lo que es una situación de riesgo
inminente, en el contexto de sucesos tan poco frecuentes y tan difícilmente predecibles, pero
con consecuencias tan terribles, como son los sismos.
No obstante, otros especialistas tienen dudas acerca de que ésta sea la mejor línea de
actuación en un caso como éste. Algunos consideran que la solución consiste en influir en los
responsables políticos, a través de las Asociaciones Profesionales, para que tomen las medidas
oportunas. Otros opinan que a partir de un cierto nivel de riesgo sísmico es necesario avisar
directamente a los posibles afectados. Esto hace que surja otro dilema: ¿Cuál es el nivel de
riesgo que se puede aceptar y a qué precio? Distintos grupos de personas, relacionados de
distinta forma con el tema, pueden tener opiniones diferentes acerca del riesgo aceptable;
entre estos grupos pueden encontrarse los propietarios de edificios, los inquilinos, los
responsables del municipio, los especialistas en riesgo sísmico, etc.
A medida que los métodos de análisis sísmico de estructuras, la ingeniería de la construcción
y la teoría de las decisiones avanzan, los conocimientos del riesgo sísmico mejoran y también
su cuantificación es más precisa. En este sentido, puede mencionarse que hoy en día se
dispone de metodologías de evaluación de pérdidas, de técnicas de investigación del
comportamiento sísmico de las estructuras, de un mejor conocimiento de la relación entre el
daño físico y el daño económico, de nuevos procedimientos de rehabilitación, de
descripciones probabilísticas de la peligrosidad, de mapas de peligrosidad, de escenarios de
riesgo sísmico, de técnicas avanzadas de reducción de la vulnerabilidad de las estructuras (por
ejemplo, mediante sistemas de aislamiento de base o de disipación de energía), de datos
observados acerca del comportamiento real de estructuras proyectadas usando normativas
sismorresistentes modernas, etc. Pero en este nuevo contexto, se plantea la cuestión de si las
mejoras en la cuantificación del riesgo sísmico requieren un cambio en las obligaciones sobre
la revelación de los resultados que se obtienen. Por ejemplo, al tenerse hoy en día
conocimientos más amplios acerca del comportamiento de los edificios, ¿debe informarse a
los usuarios de que un edificio, proyectado correctamente hace 20 años, puede que no se
comporte adecuadamente durante un futuro sismo? Puede plantearse un dilema similar sobre
la necesidad de informar a los usuarios cuando crece la probabilidad de que ocurra un sismo
en una zona en la que existen estructuras de alto riesgo.
Hubo una época, ya bastante lejana, en la que existía la posibilidad de que el proyectista se
encontrase en la punta del conocimiento técnico. Hoy en día, debido al rápido desarrollo de la
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ciencia y de la tecnología, se produce un importante atraso en la incorporación de los
conocimientos más avanzados en el diseño y en las normativas de diseño. Y uno de los
aspectos menos tenidos en cuenta en el diseño es el del riesgo sísmico. No obstante, su
consideración en las tomas de decisiones de diseño es científicamente posible y perfectamente
aplicable en la práctica. Por este motivo, sería ético elaborar normativas de diseño
sismorresistente, proyectar y construir edificios teniéndolo en cuenta como un factor
importante.
VULNERABILIDAD SÍSMICA Y DISEÑO SISMORRESISTENTE
La relación vulnerabilidad - diseño
La causa más frecuente de pérdidas de vidas durante los sismos es el colapso de edificios.
Esta afirmación tan tajante debe matizarse para tener en cuenta las diferencias que existen
entre las características de diseño de los edificios en diferentes zonas sísmicas del mundo. Por
ejemplo, en el caso de California o Japón, donde la calidad de diseño y construcción
sismorresistente de los edificios es alta, sólo un número muy pequeño de ellos llegan a sufrir
un colapso total durante los sismos. Por este motivo, la mayoría de las víctimas que se
producen en esos países se debe a la falla de los elementos no estructurales o a accidentes.
No hay dudas de que en muchas zonas sísmicas se han producido y se están produciendo
continuamente mejoras en la práctica del diseño y construcción que tienen como resultado un
incremento del número de edificios sismorresistentes, es decir, una reducción de la
vulnerabilidad sísmica. Sin embargo, ésta es insuficiente para contrarrestar el incremento
mucho mayor de la población en riesgo en algunas de las mencionadas zonas. Por ejemplo, si
en una zona sísmica el porcentaje anual de crecimiento de la población fuera del 1.6%, dicha
población se duplicaría en 44 años. Para mantener el riesgo sísmico constante en la zona, sería
necesario reducir la vulnerabilidad a la mitad en el mismo período de tiempo, en el supuesto
que la sismicidad y los costos de los edificios se mantuviesen constantes. Partiendo de esta
observación, es fácil ver que el riesgo sísmico se polariza: en los países industrializados, en
los que el porcentaje anual de crecimiento de la población es muy pequeño, se alcanzan
grados de seguridad cada vez más altos, mientras que la población en continuo crecimiento de
los países en vías de desarrollo estará cada vez más expuesta a desastres sísmicos potenciales.
Aunque la vulnerabilidad sísmica está directamente relacionada con la calidad de diseño y
construcción de los edificios, que depende en gran medida del nivel científico-técnico de las
normativas, es relevante destacar que sólo unos 44 países del mundo tienen actualmente una
normativa sísmica propia.
Formas de cuantificar la vulnerabilidad sísmica
Tal como se definió anteriormente, la vulnerabilidad sísmica es el grado de daño que sufre
una estructura debido a la acción de un sismo de determinadas características. El concepto de
vulnerabilidad sísmica definido de esta manera es aplicable a cualquier obra de ingeniería
civil (edificio, presa, carretera, puente, etc.) cuyo comportamiento frente a un posible sismo se
requiera conocer. El resultado de un estudio de vulnerabilidad es siempre la descripción
global del daño que experimentaría una estructura de una tipología dada, sometida a la acción
de un sismo de un cierto nivel de fuerza y caracterizado por determinados parámetros. La
manera concreta en la que se haga la mencionada descripción, tanto del daño estructural como
del nivel de severidad del sismo, condiciona el resultado de cualquier estudio de
vulnerabilidad sísmica. Para dar una definición general de la vulnerabilidad sísmica, se
utilizará para el daño estructural un concepto intuitivo, como es el de “nivel de daño”, al que
denominaremos ND. El nivel de severidad de un sismo debe caracterizarse mediante
parámetros capaces de describir la peligrosidad sísmica. Una vez precisados estos aspectos, el
resultado de un estudio de vulnerabilidad puede formularse de las dos formas siguientes:
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1. Mediante matrices de probabilidad de daño, que expresan en forma discreta la
probabilidad condicional de obtener un nivel de daño igual a j, dado un
sismo con un nivel de severidad i.
2. Mediante funciones de vulnerabilidad, las cuales son relaciones gráficas o
matemáticas que expresan en forma continua la vulnerabilidad en función de algún
parámetro que describa la severidad del sismo.
Es importante recalcar la influencia que tiene el así denominado “factor país” sobre las
funciones de vulnerabilidad. Tales funciones, obtenidas para una cierta región, no pueden ser
aplicadas directamente a cualquier otra región del mundo, sino que deben adecuarse mediante
la utilización de factores empíricos, lo que tiene como efecto, por una parte, la modificación
de la forma de las curvas y por otra, un incremento de las incertidumbres inherentes a los
estudios de riesgo sísmico. Sin embargo, lo más útil sería disponer de funciones de
vulnerabilidad propias para cada región en la que se requieran estudios de este tipo. Otro
aspecto que influye determinantemente en las incertidumbres de los resultados es la selección
del parámetro que expresa la severidad del sismo y la manera en que éste describe la
peligrosidad sísmica.
La obtención de los daños causados por sismos mediante inspecciones en las zonas afectadas,
ha dado origen a las escalas de intensidad macrosísmica. La vulnerabilidad sísmica también
nace de la observación y levantamiento de planos del estado de fisuración producido por
sismos y por su posterior estudio estadístico. Este proceso, que tiene un carácter por una parte
empírico y por otra subjetivo, permite obtener la denominada vulnerabilidad observada. La
vulnerabilidad de los edificios que pertenecen a una misma tipología también puede
cuantificarse mediante el cálculo de su respuesta sísmica no lineal, en cuyo caso se denomina
vulnerabilidad calculada. En esta última situación se utilizan las mismas dos formas de
caracterizarla, es decir, las matrices de probabilidad de daño o las funciones de
vulnerabilidad. El resultado más importante de un cálculo de este tipo es un índice de daño
que caracteriza globalmente la degradación que sufriría una estructura sometida a la acción de
un sismo.
El concepto de vulnerabilidad es indispensable en los estudios de riesgo sísmico y en la
mitigación de desastres por sismos. Pero además de esto, dicho concepto también ha
empezado a utilizarse por sí mismo con fines igualmente importantes como, por ejemplo, la
evaluación de la vulnerabilidad de las diferentes zonas de las grandes ciudades. Actualmente,
el concepto de vulnerabilidad se utiliza no sólo para aspectos estructurales sino también
funcionales, operativos y urbanos. El objetivo de tales estudios es proporcionar información
útil para la prevención de desastres, la planificación y el ordenamiento del territorio. En este
sentido, constituyen un importante punto de partida para la toma de decisiones referentes, por
ejemplo, a la rehabilitación o demolición de edificios peligrosos, a la ubicación de hospitales
y de puestos de socorro en una cierta zona o al diseño de vías alternativas de escape y de
rápido acceso de las ayudas hacia las zonas más vulnerables. Cabe destacar que también se
están realizando estudios de vulnerabilidad sísmica de los equipos, de la maquinaria, así como
del contenido en riesgo de ciertas estructuras frente a un posible sismo.
Formas de cuantificar el daño estructural
En muchos de los estudios de vulnerabilidad y riesgo que se llevan a cabo en el mundo, la
evaluación del daño estructural de los edificios se realiza utilizando la definición de grado de
daño global existente en las distintas escalas de intensidad macrosísmicas (por ej. Mercalli
Modificada). Al ser éstas escalas de efectos, cuyos grados de intensidad se relacionan
directamente con el daño, permiten llevar a cabo operaciones de inspección post-terremoto de
edificios.
Sin embargo, un análisis posterior, más detallado, de los resultados de daños obtenidos
mediante inspección, requiere caracterizar el comportamiento sísmico global de los edificios,
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utilizando un índice de daño global, que toma valores en una escala de 0 a 100. Éste debe
representar globalmente el deterioro del conjunto de todos los elementos estructurales,
incluyendo tanto la del sistema resistente vertical como la de los entrepisos, de la cubierta,
etc. Por este motivo, es necesario disponer de una relación entre este índice de daño y el grado
de daño establecido mediante inspección, según los grados de la Escala de Intensidades
utilizada. Y obtener esta relación no es nada fácil.
Existen actualmente varios métodos que permiten evaluar el riesgo sísmico de edificios.
Algunos de ellos han sido desarrollados por el ATC-21(1988) y se utilizan mucho en los
Estados Unidos. Otro es el método Italiano, uno de los más avanzados que existen hoy en día
en el mundo y que permiten evaluar el riesgo sísmico no sólo de edificios individuales, sino
también a escala urbana. En el marco de este último método, el tipo y el alcance del daño se
evalúa mediante la inspección de cada uno de los elementos componentes de un edificio tanto
los que forman parte del sistema estructural resistente como los no estructurales, y se clasifica
de acuerdo con una escala propia de grados de daño.
MÉTODO ITALIANO
Aspectos metodológicos
Este método comienza a desarrollarse en Italia en el año 1978, a partir de los estudios
realizados después del terremoto de Friuli.
Utiliza los datos obtenidos mediante inspección para realizar una calificación de la calidad del
diseño y construcción sismorresistente de los edificios mediante un coeficiente denominado
índice de vulnerabilidad. La operación de calificación consiste en hacer una valoración de
once parámetros estructurales preestablecidos por expertos y calcular, a partir de estos
valores, el índice de vulnerabilidad; la valoración de algunos de estos parámetros se apoya
también en cálculos estructurales simplificados. El método relaciona luego el índice de
vulnerabilidad obtenido con el grado de daño que sufre la estructura, a través de funciones de
vulnerabilidad para cada grado de intensidad macrosísmica del sismo o para diferentes niveles
de aceleración máxima. También permite el uso de matrices de probabilidad de daño.
El método ha sido desarrollado para el estudio tanto de los edificios de mampostería no
reforzada como de los de hormigón armado. Sin embargo, la mayor parte de los esfuerzos se
han dedicado a los primeros, debido a la gran cantidad de edificios de este tipo en Italia.
De acuerdo con este método existen dos niveles en la obtención, mediante inspección, de los
datos necesarios para los edificios. Éstos son:
1. Obtención de datos referentes al daño sufrido durante sismos, si tales datos existen; esta
operación requiere la inspección post-terremoto de edificios. El resultado final es el índice
de daño y, si se dispone de suficientes datos, funciones de vulnerabilidad correlacionando
dicho índice con alguna característica que describa la peligrosidad.
2. Evaluación del índice de vulnerabilidad; esta operación también requiere la inspección de
edificios, pero ésta puede realizarse independientemente de la existencia de daños por
sismo, puesto que en este caso dicha inspección está orientada a detectar las características
de diseño sismorresistente y de construcción de las estructuras.
La correlación de estos dos índices obtenidos como resultado de la inspección (índice de daño
e índice de vulnerabilidad) permite obtener funciones de vulnerabilidad observadas.
Caso de los edificios de mampostería no reforzada
El estudio de estas construcciones es de importancia, debido a que en las grandes ciudades
predominan los edificios antiguos, de mampostería no reforzada, que en muchos casos
condicionan la vulnerabilidad de las zonas urbanas.
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Para evaluar el daño global de un edificio de mampostería no reforzada, se califican sus
elementos, tanto los que forman parte del sistema resistente como los no estructurales, en una
escala entre A (ningún daño) y F (falla total). Los elementos considerados son: paneles
verticales, entrepisos, cubiertas y escaleras. Una vez realizada esta evaluación, los grados de
daño (A – F) se deben relacionar con un índice de daño global del edificio entre 0 y 100. Un
procedimiento de un edificio propuesto por Braga et al.(1985) considera como índice de daño
global del edificio el nivel de daño alcanzado por los elementos del sistema resistente vertical,
puesto que éste tiene la mayor influencia en el comportamiento global de la estructura. De
esta manera, el índice de daño global de la estructura se expresa como indica la tabla 1.
Grado de daño en el sistema resistente
vertical Índice de daño global [%]
A 0
B 10
C 25
D 50
E 75
F 100
Tabla 1: Relación entre grado de daño e índice de daño global (Braga et al. (1985)).
A partir de la experiencia de los expertos se han identificado once parámetros cuya influencia
sobre el daño sísmico de los edificios de mampostería no reforzada es determinante (tabla 2).
Calificación → Ki
Nº Parámetro A B C D Wi
1 Organización del sistema
resistente 0 5 20 45 1
2 Calidad del sistema resistente 0 5 25 45 0,25
3 Resistencia convencional 0 5 25 45 1,5
4 Influencia de la cimentación 0 5 25 45 0,75
5 Elementos horizontales 0 5 15 45 1
6 Configuración en planta 0 5 25 45 0,5
7 Configuración en elevación 0 5 25 45 1
8 Separación máxima entre muros 0 5 25 45 0,25
9 Tipo de cubierta 0 15 25 45 1
10 Elementos no estructurales 0 0 25 45 0,25
11 Estado de conservación 0 5 25 45 1
Tabla 2: Escala numérica del I. V. propuesto por Benedetti y Petrini (1984) para edificios de
mampostería no reforzada.
Cada parámetro se califica en una escala de A a D en forma decreciente, conforme la calidad
del parámetro decrezca. Los detalles de los parámetros y las condiciones de calidad
consideradas en su calificación mediante inspección se pueden ver a continuación:
Una vez realizadas las calificaciones en clase de calidad A, B, C ó D de los once parámetros,
se asignan valores numéricos Ki a cada una de dichas clases de acuerdo con una escala
10
propuesta por Benedetti y Petrini (1984). El valor del índice de vulnerabilidad Iv, que sintetiza
en un único número la calidad del diseño y construcción sismorresistente del edificio, se
realiza sumando los valores Ki de los once parámetros, ponderados por Wi:
11
1
v i i
i
I K W
(3)
A través de los valores del coeficiente de ponderación Wi se atribuye una mayor o menor
influencia a los once parámetros que se consideran en la determinación del índice de
vulnerabilidad sísmica de un edificio. Los valores de Wi y Ki son subjetivos y provienen de la
experiencia de los autores del método (Benedetti y Petrini (1984)).
Del análisis de la Tabla 2 puede observarse que los valores posibles del índice de
vulnerabilidad están comprendidos entre 0 y 382.5, creciendo conforme el edificio se muestra
más vulnerable. Este índice se normaliza a valores entre 0 y 100.
Diferentes estudios realizados en el marco de este método han permitido obtener
correlaciones entre el índice de vulnerabilidad y el índice de daño para edificios de
mampostería no reforzada, obteniendo así funciones de vulnerabilidad. Tales estudios
utilizaron inspecciones post-sismo de los daños para establecer funciones de vulnerabilidad
como las de la figura 1, que han sido obtenidas por Angeletti et al. (1988) después de los
sismos de Venzone y Barrea en Italia.
Figura 1: Funciones de vulnerabilidad para edificios de mampostería no reforzada,
propuestas por Angeletti et al. (1988).
Caso de los edificios de hormigón armado
Existen muchos menos estudios de riesgo sísmico de edificios de hormigón armado que de
mampostería no reforzada.
El método prevé un procedimiento de evaluación del grado de daño de los edificios de
hormigón armado a partir de la inspección post-sismo de los edificios en una escala desde A
(ningún daño) a F (daño completo). En la calificación se tiene en cuenta el estado de la
estructura resistente vertical, los entrepisos, las cubiertas, las escaleras y el estado de los
tabiques.
En la evaluación mediante inspección del índice de vulnerabilidad sísmica de los edificios de
hormigón armado se consideran de nuevo once parámetros que tienen mayor influencia en el
daño. Cada parámetro es analizado y calificado en una escala que va desde A (óptimo) hasta
C (deficiente). Ver tabla 3.
Una vez obtenidas todas las calificaciones en clases de calidad A, B ó C de cada uno de los
once parámetros, se les asigna a éstas un valor numérico Ki, de acuerdo con una escala similar
11
a la utilizada en el caso de edificios de mampostería no reforzada. El valor del índice de
vulnerabilidad Iv, que sintetiza en un único número la calidad del diseño y construcción
sismorresistente del edificio, se realiza sumando los valores Ki de los once parámetros,
ponderados por Wi, según la ecuación (3).
Calificación →
Ki
Nº Parámetro A B C Wi
1 Organización del sistema resistente 0 1 2 4
2 Calidad del sistema resistente 0 1 2 1
3 Resistencia convencional -1 0 1 1
4 Influencia de la cimentación 0 1 2 1
5 Elementos horizontales 0 1 2 1
6 Configuración en planta 0 1 2 1
7 Configuración en elevación 0 1 3 2
8 Conexión entre elementos 0 1 2 1
9 Elementos de baja ductilidad 0 1 2 1
10 Elementos no estructurales 0 1 2 1
11 Estado de conservación 0 1 2 2
Tabla 3: Escala numérica del I. V. de edificios de hormigón armado (CNR 1993).
ESTUDIO DE VULNERABILIDAD EN EL MICROCENTRO DE LA CIUDAD DE
SALTA (ARGENTINA)
DETERMINACIÓN DE LA ZONA EN ESTUDIO
Se delimitó la zona en estudio, eligiéndose 24 manzanas alrededor de la Plaza Principal,
coincidiendo esta elección con la parte más antigua y más vulnerable de la ciudad. Haciendo
un análisis de las distintas tipologías estructurales existentes y un agrupamiento de las
mismas, podemos tener una idea de la situación en la zona de estudio. La ubicación de las 24
manzanas, con las parcelas correspondientes y las características de las construcciones destino
y número de pisos) podemos observarlo en el Anexo 1, figura 5.
DESARROLLO DEL ESTUDIO
Clasificación de las construcciones
Una vez delimitada la zona en estudio, se procede al análisis documental tanto de los datos
catastrales de cada manzana y dentro de cada manzana, de cada parcela (total 635 parcelas).
Parte de esta documentación fue recabada en la Dirección General de Inmuebles de la
Provincia de Salta, teniéndose acceso directo a la base de datos de dicha institución.
Se recopilan los planos de obra de los archivos municipales de cada una de las parcelas, con
lo cual se pueden obtener datos de importancia de las construcciones, como ser características,
dimensiones en planta y altura y fecha de construcción de las mismas.
Se clasifican las distintas construcciones, las cuales quedan agrupadas en los siguientes
grupos (fig. 2):
Edificios de la Red de Emergencias (Policía, Bomberos, Clínicas u Hospitales,
Consultorios Médicos, Emisoras de Radio y T.V.).
Varios: Viviendas, Locales Comerciales, Locales Comerciales y Viviendas,
Edificios Públicos (nación, provincia y municipio), Escuelas, Hoteles, Bancos,
Teatros y Cines.
Iglesias.
12
Museos.
Estacionamientos, Obras en Construcción y Terrenos Vacíos.
De toda esta gama de edificaciones, se dejarán afuera del estudio las correspondientes
a los tres últimos grupos, o sea Iglesias, Museos, Estacionamientos, Obras en Construcción y
Terrenos Vacíos.
Figura 2: Grupos definidos, según las parcelas en estudio
En las figuras 3 y 4 podemos ver los distintos componentes y sus incidencias dentro del
Grupo Varios y Red de Emergencias, valores obtenidos de acuerdo a las planillas del Anexo 1
Figura 3: Distintos componentes dentro del grupo Varios
13
Figura 4: Distintos componentes dentro del grupo Red de Emergencias
Tipologías
Dentro de las construcciones a estudiar, se tipifican de acuerdo al año de su construcción:
anteriores al año 1979 inclusive y posteriores al año 1980, adoptándose esta fecha como
parámetro, ya que en el año 1980 comenzó a ser obligatorio en la Ciudad de Salta la
verificación de los planos de estructuras por la Oficina Revisora de los Reglamentos
Sismorresistentes, determinada por Ley provincial.
En lo que respecta a las construcciones anteriores al año 1979, se las clasifica como:
A1: Mampostería no reforzada (se incluyen en este grupo las de adobe).
A2: Pórticos de hormigón armado, sin mayores detalles sismorresistentes.
Para las posteriores al año 1980, tenemos:
B1: Mampostería reforzada.
B2: Pórticos de hormigón armado, con detallado sismorresistente.
En el Anexo 1 (Tabla 4) podemos observar en cada caso a la tipología a la que pertenece cada
construcción.
De la totalidad de las construcciones a considerar en la zona en estudio (583) solo un 8.92%
(52) pertenecen a la tipología B1 y B2, que corresponden a construcciones ejecutadas
posterior al año 1980, las cuales se suponen tienen una estructura de acuerdo a los
reglamentos sismorresistentes en vigencia a la fecha de ejecución.
Las construcciones A1 y A2 ejecutadas anteriores al año 1979 y que no responden a ninguna
reglamentación sismorresistente obligatoria vigente en el territorio de la provincia de Salta,
representan un 91.08% (531).
En el Anexo 2 podemos ver diversas fotografías de las construcciones existentes en la zona de
estudio.
CONCLUSIONES DE ESTA ETAPA
Se presentan los fundamentos del Método del Índice de Vulnerabilidad para ser aplicado a
zonas urbanas.
Conocidas las características del mismo, se lo aplica al Microcentro de la ciudad de Salta, la
cual se sitúa en una zona de alta sismicidad dentro de la república argentina.
Del análisis realizado en la zona elegida, se desprende que existe un elevado porcentaje de
construcciones (91.08%) que se ejecutaron sin que se pudiera verificar el cumplimiento de
una reglamentación sismorresistente. Esto indica la importancia de cumplimentar el estudio,
14
para determinar la verdadera vulnerabilidad de éstas construcciones y de esa manera evaluar
el riesgo existente en la zona.
TAREAS FALTANTES A REALIZAR
Determinar los índices de vulnerabilidad de las construcciones en el área de estudio y utilizar
las funciones de vulnerabilidad propuestas por Angeletti et al. (1988), para distintos valores
de Intensidad según la escala MSK, y para mampostería no reforzada y pórticos de hormigón
armado. Estas funciones serán utilizadas, por no tener en la zona funciones de vulnerabilidad
observadas, y servirán para determinar los índices de daño para edificios similares y para
distintos valores de intensidad, según la escala de Mercalli Modificada (que es la que se usa
en Argentina), similar a la escala MSK.
Con esto se podrá encarar la primera etapa de la Gestión del Riesgo, que corresponde a la
prevención y la mitigación del desastre. Gestión que deberá llevarse a cabo por un amplio
número de instituciones que, de acuerdo al ámbito de su competencia a nivel nacional,
regional y local, lleven a cabo actividades denominadas medidas estructurales y no
estructurales.
Determinar para la zona en estudio, con la ayuda del sistema GIS, mapas de vulnerabilidad,
de riesgo, de personas sin vivienda, costos de reparación, etc., necesarios para tener una idea
de la situación de las construcciones dentro del microcentro de la Ciudad y así poder las
autoridades competentes plantear planes de acción ante un eventual sismo y minimizar los
efectos del mismo.
ANEXO 1
MANZANAS EN ESTUDIO
Las 24 manzanas a estudiar, se presentan en la figura 5 y las parcelas en cada manzana
(por ejemplo Manzana 01), en la figura 6.
Fig. 5: Manzanas en estudio. Fig. 6: Manzana 001. Sección E
15
DETALLES DE LA EDIFICACIÓN EN CADA PARCELA
Tabla 4: Detalles por parcela para la manzana 01.
Manz
ana Calles
Parce
la Catastro
Nº
Pisos Tipología Destino
001
ALBERDI
002 4718 3 A2 Local Comercial
003 126428/29 2 A2 Local Comercial
004 16745 1 A2 Local Comercial
005 4219 1 A2 Local Comercial
006 2133 1 A2 Local Comercial
007 1856 1 A2 Local Comercial
008 2671 2 A2 Local Comercial
ALVARA
DO
009 113856/67 4 A1-A2 L. Comercial y Vivienda
010 16971 2 A2 Local Comercial
011 8210 3 A2 L. Comercial y Vivienda
012 5046 1 B2 Local Comercial
013 2672 3 A2 L. Comercial y Vivienda
014 83036 2 B2 Banco
015 83037 1 B2 L.Comercial (Galería)
016 75338/39 2 A2 L. Comercial y Vivienda
017 4852 2 A2 L. Comercial y Vivienda
FLORIDA
018 4781 2 A1(adobe) Museo
019 681 2 A1-A2 L. Comercial y Vivienda
020 5473 1 A2 Local Comercial
021A 97391 2 A2 Local Comercial
029A 97392 1 A2 Local Comercial (Galería)
022 4756 2 A1-A2 L. Comercial y Vivienda
023 9692/3127 2 A1-A2 L. Comercial y Vivienda
024 9693 2 A1-A2 Local Comercial
025 30175 3 A1-A2 Local Comercial
026 30176 1 A2 Local Comercial
027 89689/90 2 A1-A2 L. Comercial y Vivienda
CASEROS
028 5292 2 A2 L. Comercial y Vivienda
029A 97392 3 A2 L. Com.(Galería)y Viv.
030 131385/39 2 A2 L. Comercial y Vivienda
031 3829 3 A2 Local Comercial
032 928 1 A2 Local Comercial
033 1916 1 A2 Local Comercial
034 3103 1 A2 Local Comercial
035 443 1 A2 Local Comercial
001 3631 1 A2 Local Comercial
16
ANEXO 2
FOTOGRAFÍAS DE ALGUNAS CONSTRUCCIONES EXISTENTES EN LA ZONA
DE ESTUDIO
17
18
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