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165- Cuaderno_investigacion_bases_datos_estimacion_riesgos_sismico_CDMX
Sismología I
Universidad Nacional Autónoma de México
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NUN1ER
1
MARZO. 1994
####### PREVENCION DE DESASTRES
CUADERNOS
DE
INVESTIGACION
BASES DE DATOS PARA LA
ESTIVACIO\ DE RIESGO SISVICO
E\ _A CLDAD DE MEXICO
Mario Ordaz Roberto Meli Carlos Montoya-Dulché Lorenzo Sánchez L. Pérez-Rocha
Secretario de Gobernación
Dr. Jorge Carpizo McGregor
Subsecretaria de Protección Civil, Prevención y Readaptación Social Lic. Socorro Díaz Palacios
Director General del CENAPRED
Arq. Vicente Pérez Carabias
Jefe de Expertos de la Agencia Internacional de Cooperación del Japón Dr. Tatsuo Murota
Coordinador de Investigación del CENAPRED Dr. Roberto Meli
Coordinador Difusión dei CENAPRED Lic. Ricardo Cícero Betancourt
Edición a Cargo de: Violeta Ramos Radilla y Javier Lara Espinosa
Distribución en México: Coordinación de Enlace Nacional Distribución en el Exterior: Coordinación de Asuntos Internacionales
PUBLICADO POR EL CENTRO NACIONAL DE PREVENCION DE DESASTRES DE LA SECRETARIA DE GOBERNACION
EL CONTENIDO DE ESTE DOCUMENTO ES EXCLUSIVA RESPONSABILIDAD DE LOS AUTORES
Marzo - 1994, No. 1
Sistema Nacional de Protección Civil
DIRECTORIO DEL CENAPRED DIRECCION GENERAL Arq. Vicente Pérez Carabias; COORDINACION DE INVESTIGACION Dr Roberto Meli Piralla; COORDINACION DE CAPACITACION Lic. Gloria Luz Ortíz Espejel; COORDINACION DE DIFUSION Lic. Ricardo Cicero Betancourt; COORDINACION DE ENLACE NACIONAL Lic. Alberto Ruiz de la Peña; COORDINACION DE ASUNTOS INTERNACIONALES Lic. Enrique So€órzano Mier; COORDINACION DE PROGRAMAS Y NORMAS Lic. Federico Miguel Vázquez Juárez; COORDINACION ADMINISTRATIVA C. P. Alfonso Macias Flores.
CLASIF.:
####### FECHA:
ritocED:;
CUADERNOS DE INVESTIGACION
PRESENTACION
La Coordinación de Investigación del Centro Nacional de Prevención de Desastres realiza estudios sobre las características de los fenómenos naturales y de las actividades humanas que son fuentes potenciales de desastres, así como sobre las técnicas y medidas que conducen a la reducción de las consecuencias de dichos fenómenos.
Las actividades enfocan la problemática de los Riesgos Geológicos (Sismos y Volcanes), de los Riesgos Hidrometeorológicos (Inundaciones, Huracanes, Sequías, Erosión) y de los Riesgos Químicos (Incendios, Explosiones, Contaminación por Desechos Industriales).
Los resultados de los estudios se publican en Informes Técnicos que se distribuyen a las instituciones y los especialistas relacionados con cada tema específico.
En adición a dichos informes técnicos de carácter muy especializado, el CENAPRED ha
emprendido la publicación de esta serie, llamada CUADERNOS DE INVESTIGACION, con el
fin de dar a conocer a un público más amplio aquellos estudios que se consideran de interés
más general o que contienen información que conviene quede publicada en una edición más formal que la de los Informes Técnicos.
Los Catálogos de Informes Técnicos y de Cuadernos dé Investigación, así como las publicaciones específicas pueden obtenerse solicitándolos por escrito a la Coordinación de Investigación del CENAPRED, o pueden consultarse directamente en su Unidad de Información.
ABSTRACT
After the September 19, 1985 earthquake, which produced severe damage to buildings in Mexico City's lake-bed zone, many efforts have been made to better understand the nature of ground motions and the seismic behavior of structures. Results from these efforts give now the possibility of combining several sources of information to estimate the intensities and damages that would be expected due to the occurrence of postulated earthquakes. In this paper we describe a model to estimate expected ground motions and building damage, based on intensity-damage relations derived for 14 classes of buildings representative of Mexico City's construction. This information, along with the geographic distribution of construction density, allows computation of expected losses during a given event, and their spatial distribution throughout the city. Relevant information is stored in a database, and results are presented by means of a geographic information system.
RESUMEN
Después del temblor del 19 de septiembre de 1985, que produjo severos daños a las edificaciones de la zona de lago de la ciudad de México, se han hecho esfuerzos para entender mejor la naturaleza de los movimientos del terreno y el comportamiento de los edificios. Los resultados de estos esfuerzos permiten que actualmente se esté en posibilidad de combinar diversas fuentes de información para estimar las intensidades y daños esperados como resultado de la ocurrencia de temblores postulados. En el presente trabajo se describe un modelo para estimar movimientos del terreno y daños a edificaciones, el cual está basado en relaciones intensidad-daño derivadas para 14 clases de edificios representativas de la construcción en la ciudad de México. Esta información, aunada a la distribución geográfica de la densidad de construcción, permite el cálculo de pérdidas esperadas durante un evento dado y su distribución geográfica a lo largo de la ciudad. La información se almacena en una base de datos y los resultados se presentan por medio de un sistema de información geográfica.
- INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia, la ciudad de México ha sido frecuentemente afectada por temblores, algunos de los cuales han provocado severos daños a las estructuras y enormes pérdidas en vidas y propiedades. Sólo en este siglo, los eventos de 1907, 1911, 1941, 1957, 1979 y 1985 ocasionaron diferentes niveles de daño. Todos estos temblores (con magnitudes, M, entre 7. y 8) tuvieron su origen en las costas del Pacífico mexicano, con epicentros a más de 250 km de la ciudad de México. Las causas de los intensos movimientos del terreno que se experimentan en la ciudad a distancias epicentrales tan grandes son por lo menos dos: (a) las grandes amplificaciones de las ondas sísmicas en los estratos blandos de la zona del lago -un fenómeno bien documentado desde hace casi 40 años (Rosenblueth, 1953)- y (b) una amplificación regional que implica que aún en la base de los depózitos blandos, el movimiento del suelo es mayor que el que se esperaría en sitios de terreno realmente firme a distancias epicentrales similares (Ordaz y Singh, 1992).
Después de los temblores de septiembre de 1985 se han realizado numerosos esfuerzos para entender la naturaleza de los patrones de amplificación observados durante sismos y para extraer lecciones útiles que permitan mejorar la seguridad sísmica de las edificaciones. Hasta ahora la acción más redituable ha sido la instalación de la Red Acelerográfica de la ciudad de México (RACM), que a la fecha consta de más de 110 instrumentos de registro digital en tres componentes, y es operada por tres instituciones: el Instituto de Ingeniera de la UNAM (II- UNAM), el Centro de Instrumentación y Registro Sísmico de la Fundación Javier Barros Sierra y el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED). La mayor parte de las estaciones tienen acelerógrafos de superficie y cerca de diez sitios están también dotados de sensores profundos. Actualmente se dispone de varios cientos de acelerogramas obtenidos en sitios con muy variadas características de suelo.
También, después de 1985, se iniciaron diversos proyectos de investigación cuyo objetivo fue entender las causas de los daños provocados por los temblores de septiembre de ese año a las construcciones del Distrito Federal y determinar la vulnerabilidad sísmica de las estructuras localizadas en la ciudad. Pocos días después del gran temblor se llevaron a cabo levantamientos de daños (Meli, 1986; Fundación ICA, 1988) y posteriormente el Departamento del Distrito Federal preparó un levantamiento más detallado (DDF, 1988). Se investigaron también las causas de los extensos daños y el desempeño de diferentes tipos de edificios (Rosenblueth y Meli, 1986), y se estudió detalladamente el comportamiento de algunos edificios específicos (Meli y Avila, 1988). Los resultados de estas y otras investigaciones dieron lugar a cambios en el Reglamento para las Construcciones del DF (ver, por ejemplo, Gómez y García-Ranz, 1988; Rosenblueth et al, 1989).
El conocimiento acumulado durante muchos años, pero especialmente a partir de 1985, tanto en estimación de movimientos del terreno como en lo concerniente a respuesta estructural de edificios en la ciudad de México, hace que actualmente sea posible combinar información de varias fuentes para estimar las intensidades y daños por sismo en la ciudad de México ante la ocurrencia de temblores postulados, o escenarios sísmicos.
En este escrito se describe un modelo para estimar intensidades sísmicas y pérdidas económicas en la ciudad de México por efectos de terremotos de gran magnitud que se generen en la costa del Pacífico. El modelo procesa información de diversos tipos: cantidad de construcción en el DF, propiedades de los suelos, intensidades sísmicas esperadas durante un
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se acepta que el periodo predominante del suelo es único para cada celda.
Los edificios fueron divididos en 14 clases, atendiendo a su respuesta dinámica ante sismo y a su frecuencia de uso en la ciudad de México. En la tabla 1 se identifica cada una de las clases, así como sus seis periodos estructurales típicos, cuyo significado se discutirá más adelante. La clasificación de los edificios se hizo tomando en cuenta principalmente las diferencias en la respuesta sísmica y en la vulnerabilidad. Un aspecto importante en definir la respuesta es el periodo fundamental de vibración del edificio, el cual depende de la altura y del sistema de estructuración. Por esta razón, la altura fue un parámetro clave de diferenciación de los edificios. La tipificación de los sistemas estructurales se limitó al mínimo, considerando sólo aquellos que pudieran ser identificados de manera confiable desde el exterior. La clase 1 se refiere a estructuras de hasta tres niveles con muros de carga de mampostería, las cuales son las más comúnmente utilizadas para vivienda unifamiliar. La mampostería está usualmente confinada por elementos livianos de concreto reforzado y los pisos y techos son losas de concreto monolíticas. La clase 2 es la construcción típica de vivenda multifamiliar, con un gran número de muros de carga de mampostería también confinados y con losas de concreto. Las clases 3, 4 y 5 son estructuras a base de marcos con diferentes alturas, casi siempre de concreto reforzado sin muros de cortante u otros elementos de rigidización pero frecuentemente con abundantes muros de relleno de mampostería. Las estructuras de concreto con losas planas aligeradas, que fueron muy populares hasta antes de 1985, se incluyen en este grupo. No se intentó diferenciar entre estructuras de concreto y de acero porque estas últimas son escasas y difíciles de distinguir de las de concreto, ya que las columnas y vigas están generalmente recubiertas en un edificio terminado. Las clases 6 a 8 están formadas principalmente por marcos de concreto rigidizados con muros de cortante; estos tipos de construcción no era muy comunes antes de 1985. Los edificios industriales de las clases 9 y 10 son típicamente de un solo nivel con columnas de concreto y techos livianos de acero para la clase 9, o techo de concreto para la 10. La construcción no ingenieril es comunmente mampostería no reforzada, principalmente con tabique de arcilla o bloque de concreto, aunque a veces de adobe. Para el tipo ligero -clase 11-, los techos son vigas de madera o armaduras de acero con lámina metálica o de asbesto; para el tipo pesado -clase 12-, los techos son losas de concreto o, en algunas ocasiones, rellenos de tierra con losetas de barro sobre vigas de madera. Las últimas dos clases se refieren a construcciones especiales como iglesias, estadios y teatros.
Conviene anotar que esta clasificación se considera adecuada para los edificios de las ciudad de México pero no necesariamente para los de otras ciudades, donde el tipo de construcción y su vulnerabilidad pueden ser significativamente diferentes.
En el modelo, la intensidad sísmica está caracterizada por un solo parámetro: la ordenada del espectro de respuesta, S (seudoaceleración, 5 % del amortiguamiento crítico), medida a cierto periodo estructural representativo de los edificios de dicha clase. Se supone que el índice de daño D 1 experimentado por un grupo de estructuras de la clase i localizadas en la celda j se relaciona con la intensidad sísmica de la siguiente manera:
DV = minj K^^^ t 1
(1)
donde S;^ es la aceleración espectral que tuvo lugar en la celda j asociada a estructuras de la
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clase i, y K; y a son parámetros que definen la vulnerabilidad de las estructuras de la clase i.
fluctúa entre O y 1; 0 significa ausencia de daño y 1 implica una pérdida equivalente
al valor total de la reconstrucción de la edificación. El índice de daño toma en cuenta todas las pérdidas directas debidas a sismo, incluyendo daños no estructurales, pero no incluye costo social, pérdidas en los contenidos de la edificación o costos asociados a la falta de operación del inmueble. Si aceptamos que el valor de la edificación tiene una distribución uniforme por
unidad de área, entonces D;i puede ser interpretada como una fracción del área total cubierta
por la estructura clase i en la celda j que fue dañada. Si a su vez D;i se multiplica por el área
total cubierta por la clase de estructuras i en la celda j, A;;, el resultado es un área dañada
equivalente cuyo valor monetario de reconstrucción es igual al monto de la pérdida económica debida al sismo.
Si se postula la ocurrencia de un sismo y se estima el movimiento del terreno en cada celda, las pérdidas esperadas en las estructuras clase i situadas en la celda j están dadas por:
(2)
donde P;i es el área dañada equivalente definida con anterioridad. La pérdida esperada en la
celda j para todas las clases estructurales puede ahora ser obtenida mediante simple adición:
Pt=E L^t (3)
Una vez que se calculan las pérdidas totales para las 751 celdas pueden generarse mapas que muestren la distribución geográfica del daño esperado.
En los siguientes párrafos se describirán con más detalle los aspectos relevantes del modelo de estimación.
- ESTIMACIÓN DEL MOVIMIENTO DEL TERRENO
Como se mencionó anteriormente, el movimiento del terreno se estima en términos de las ordenadas del espectro de respuesta. En el modelo, un sismo se define por su magnitud y distancia focal a la ciudad de México; el análisis está restringido a eventos costeros, con distancias epicentrales superiores a 250 km. Dadas una magnitud y una distancia, es posible
estimar el espectro de Fourier de aceleraciones (EFA) en un sitio de referencia por medio de
regresiones semiempíricas (Ordaz, 1992). El sitio de referencia se describirá más adelante. Las regresiones se construyeron usando una técnica estadística bayesiana y los datos de más 20 eventos costeros que han desde los años 60. Se supone que el movimiento en el sitio de referencia es una medida de la excitación sísmica en los sitios de suelo blando de la ciudad de México.
Para caracterizar la respuesta en sitios instrumentados de la zona del lago se utilizaron cocientes espectrales empíricos promedio, los cuales se interpretan como funciones de
Con este enfoque se está en capacidad de estimar espectros de respuesta en los centros de las 751 celdas. Cada estructura es sensible a la ordenada espectral medida a cierto periodo. Sin embargo, no todas las estructuras que pertenecen a una misma clase estructural tienen el mismo periodo, sino un intervalo de periodos. La tabla 1 muestra tres periodos característicos (T 1 , T 2 y T,,,) para las 14 clases estructurales y para dos tipos de terreno -firme y suave-. Se supone que para una clase estructural dada, un edificio individual tiene un periodo estructural aleatorio con distribución triangular entre T, y 12 con máximo en Tm. Los periodos característicos que se dan en la tabla 1 toman en cuenta la pérdida de rigidez debida a comportamiento no lineal del edificio durante movimiento intenso y fueron derivados atendiendo a la práctica común de construcción y materiales de la ciudad de México.
Para simplificar los cálculos determinamos, para cada clase estructural i en la celda j, una ordenada espectral equivalente, SE que toma en cuenta la incertidumbre en el periodo estructural de las construcciones de la clase y celda correspondientes. SE;, se define como la ordenada espectral que se requeriría para producir el mismo nivel de daño en la totalidad de las estructuras de una clase y celda que el que se calcularía si se llevara a cabo una suma exacta de los daños en cada estructura individual. En otras palabras,
T Ki (SEO" = f K i (SO" h(T) dT T,
donde h(T) es la distribución de periodos de edificios de una misma clase; la integración se lleva a cabo con respecto al periodo estructural. De esta suerte, para cada celda y clase estructural, el movimiento del suelo se caracteriza mediante esta ordenada espectral equivalente.
- FUNCIONES DE VULNERABILIDAD
Como se señala en la sección 2, la vulnerabilidad de las construcciones de la clase i está
definida por los parámetros K 1 y a de la función que relaciona el daño esperado, D, con la
intensidad sísmica (ver ec 1). Procede entonces determinar los valores de estos parámetros para las 14 clases de construcción y los tipos de suelo considerados.
En otros estudios de este tipo los parámetros de la función de vulnerabilidad están basados en relaciones empíricas entre el daño y el cociente entre intensidad sísmica y capacidad sísmica teórica del edificio. En nuestro caso podemos proceder de una manera más directa con base en la estimación del daño sufrido por los diferentes tipos de construcciones durante la ocurrencia de algunos temblores que produjeron intensidades conocidas. En particular, las evaluaciones de daño del gran temblor de 1985 constituyen nuestra mejor fuente de información.
La mayoría de los levantamientos de daños sólo reportan el número de edificios afectados y, a lo sumo, una evaluación cualitativa del grado de daño. Para el temblor de 1985, además de los levantamientos del tipo mencionado, se cuenta con una evaluación cuantitativa de los daños a partir del estudio de riesgo sísmico realizado por Esteva et al. (1988) con datos proporcionados por compañías de seguros. Esta base de datos contiene 1597 construcciones
(5)
6
Tabla 1. Periodos característicos y parámetros vulnerabilidad para las 14 clases. de edificios
Clase
Terreno firme Terreno blando K" :
Descripción de la :> clase (N =número T1n . TM TZ .. T/ TM: .::. TZ de pisos)
- 0 0 0 0 0.
; ... .... 0:50;. 1:00 M; :N<3., 2 0 : 0 0 0 0 0 0 M; Ñ> 3 3 0 0 0 0'20 0 1 ..1 Mc, .N < 4 0 1 1 0 1. 2 1. Mc; 5<N< 5 1 1 3 1 2 4 0 Mc, N>10 ....;;..: 6 0;. 0 0 0 0 0:80 0 MR, N <. 0 0 0 0 1 1 0 MR, .5<N< 8 0 1 2. 1 .10 1 3. 0 MR, N> 10 9 0 0 0 0 0.. 0 0 IL 10 0 0 0 0 0 0 1 ÍR 11 0 0 0 0 0 0 2 NIL 12 0:10. 0 0 0 0 0 .:.4 NIP 13 0 0. 0 0. 0 " 0 1:50 OL 14 0 0 0. 0. 0 : 0 3 OP
clasificadas por tipo de edificio y tipo de suelo sobre el que están desplantados. El número de edificios asegurados no constituye una muestra representativa del universo de construcciones de la ciudad de México. Por tanto, sólo pueden usarse algunos parámetros generales para nuestros fines.
° T 1 , T 2 y TM: son los periodos característicos, en segundos, para cada c ase de estructura y tipo. de sue o. s Los valores mostrados en la tabla son coeficientes de vulnerabilidad elativos alcoeficientede la clase 1 de ::estructuras en terreno blando.: El valor absoluto de este coeficiente es 6 (cuando -la intensidad 'se expresa en gal). Los coeficientes en terreno firme se obtienen multiplicando el correspondiente en terreno blando por 1. En todos los casos se tomó a= 1.
NOTACION: M, mampostería; Mc, marcos; MR, marcos rigidizados; IL, industrial ligera; IP, industrial pesada; NIL, no ingenieril ligera; NIP, no ingenieril pesada; OL, otras (ligeras); OP, otras (pesadas).
El parámetro básico derivado de los datos de las compañías de seguros es el índice de daño neto, es decir, el cociente entre costo de reparación y el costo del edificio.
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estructural.
Se admitió que el cociente entre la cantidad pagada por las compañías de seguros en los temblores de 1985 y 1979 era una estimación del daño relativo ocasionado por estos dos temblores. Con base en esta información, los daños en el temblor de 1979 se tomaron como 7 y 3 veces inferiores que para el evento de 1985, en las zonas de lago y firme, respectivamente.
El temblor de 1979 'tuvo su epicentro aproximadamente en la misma área que el de 1985, pero su magnitud fue inferior (7 contra 8). A fin de determinar los parámetros de las funciones de vulnerabilidad requerimos además de una estimación del nivel de intensidad sísmica durante los dos eventos. Para esto, seleccionamos cinco estaciones acelerográficas, una en zona firme (CU) y cuatro en zona de lago (SCT, CDAO, 5, y NON). Ambos temblores fueron registrados en CU; el evento de 1985 fue registrado además en SCT y CDAO, mientras que el evento de 1979 se registró solamente en NON. Usando el enfoque de estimación de movimientos fuertes que se describió en la sección 3 estimamos los espectro de respuesta en NON para el temblor de 1979 (direcciones NS y EW) y los comparamos con los calculados a partir de los acelerogramas registrados. Se aceptó que los cocientes entre los espectros calculados con estos dos procedimientos eran representativos del error inherente al proceso de estimación, por lo que se aplicó un factor de corrección a los espectros estimados para las estaciones SCT, CDAO y 56. Para el temblor de 1985 utilizamos los espectros exactos en SCT y CDAO y los estimados para NON y 56. Este procedimiento permitió contar con estimaciones razonables de las intensidades en cinco sitios para los dos temblores. En la fig 2 se compara el espectro de la estación NON (dirección EW) para el temblor de 1979 con el correspondiente en SCT para el temblor de 1985.
Los datos de intensidad sísmica e índice de daño experimentados por cada tipo de construcción durante los eventos de 1979 y 1985 permiten fijar dos puntos de las funciones de vulnerabilidad y, por tanto, obtener los dos parámetros, K; y a, que las caracterizan. Se enc,ontró que a era similar para todas las clases estructurales, por lo que se adoptó un valor constante a= 1. Los valores obtenidos de K; se presentan en la Tabla 1.
El procedimiento que se ha indicado se utilizó para determinar los coeficientes K de las clases estructurales 1 a 5. Para el resto, las estadísticas de daño son pobres o inexistentes. Por esto, los valores de vulnerabilidad se derivaron de evaluaciones aproximadas de la capacidad sísmica de estructuras típicas relativa a su contraparte en estructuras del primer grupo.
Las curvas de vulnerabilidad para las clases estructurales más comunes se muestran en la fig 3. Como puede apreciarse, para todas las clases estructurales la curva indica daños despreciables hasta que se alcanza cierto valor de la ordenada espectral, a partir del cual los daños aumentan muy rápidamente. A fin de verificar las funciones de vulnerabilidad derivadas estadísticamente se llevó a cabo una encuesta a expertos. Se reunió a 14 ingenieros estructurales con amplia experiencia en ingeniería sísmica y se les hizo la siguiente pregunta: "Imaginen un parque de edificaciones como el de la ciudad de México, localizadas en un sitio típico de zona de lago (o de zona firme). ¿Por qué factor debería escalarse el temblor de 1985 para producir un daño de 10% (y de 50%) en cada clase de estructuras? Las respuestas a esta pregunta permiten fijar dos puntos de las funciones de vulnerabilidad.
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En el caso de daños a edificios en zona de lago, la mayor parte de las respuestas de los expertos yacieron en un rango relativamente estrecho, pero para terreno firme se encontró una dispersión mucho mayor. La razón es que el temblor de 1985 produjo daños en la zona de lago que no están excesivamente lejos de los niveles considerados en la pregunta; en terreno firme, sin embargo, el daño en 1985 fue muy pequeño, por lo que se requería una gran extrapolación para contestar la pregunta.
Las estimaciones promedio de los expertos, para estructuras en zona de lago, no difieren significativamente de los resultados derivados del procedimiento estadístico. Por otra parte, para edificios en terreno firme, los expertos subestimaron fuertemente los niveles de intensidad requeridos para producir un nivel de daño dado. Las opiniones de los expertos no modificaron los parámetros obtenidos a partir de los daños observados.
- LEVANTAMIENTO DE EDIFICIOS
El tamaño de la ciudad de México hace que el levantamiento exhaustivo de sus edificios sea una tarea descomunal. Más aun, la información disponible sobre las características de la edificación en algunas áreas no es apropiada para nuestros fines. Por tales motivos se decidió hacer una cuantificación independiente de la construcción del DF con base en mapas catastrales, fotografías aéreas e inspección directa. Como podrá apreciarse de la descripción del levantamiento que se emprendió, se obtuvo una estimación gruesa de la densidad de construcción; podría obtenerse una mejor estimación si se dedicara un mayor esfuerzo a la tarea. Sin emabargo, juzgamos que la calidad de esta información es consistente con las incertidumbres presentes en otros aspectos del modelo, tales como la definición de los parámetros de las funciones de vulnerabilidad.
El levantamiento se llevó a cabo de la siguiente manera: primero, se midió el área de cada una de las 751 celdas en mapas catastrales (escala 1:2000). Se midió también el área cubierta por edificios, con lo que se define un porcentaje de área construida. Después, las 751 celdas fueron divididas en 60 familias con características similares. Para cada familia se eligió una celda representativa, misma que fue estudiada con detalle con levantamientos de campo. Para cada una de las celdas representativas se obtuvo el porcentaje de área ocupada por construcciones de cada clase y posteriormente, para cada clase, se obtuvo la siguiente información como un promedio para la celda:
- Porcentaje del área ocupada por edificios
- Número de pisos
- Calidad de la construcción. Desde el punto de vista de su resistencia sísmica los edificios se calificaron con B (resistencia promedio, la mayor parte de los edificios), A (resistencia especialmente alta), C (resistencia claramente inferior) y D (extremadamente débil).
A partir de esta información se calculó el área de construcción de cada clase estructural y se asignó un índice de calidad en cada caso. Se multiplicó el índice básico de vulnerabilidad derivado en la sección precedente, por 0 para calidad A, 1 para calidad C y 1 para calidad D.
Para las otras celdas pertenecientes a alguna de las 60 familias se aplicaron los factores
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para el total de las construcciones. Las figuras 19-25 presentan algunos de los mapas de daño que pueden generarse.
- Para una celda seleccionada, la distribución por clases estructurales del área
construida, la densidad de construcción, el espectro de respuesta asociado a un temblor
predeterminado y el daño provocado a cada clase estructural en esa celda. Un ejemplo de esta salida se presenta en la fig 26.
En las figuras 12-17, que muestran mapas de ordenadas espectrales estimadas para un temblor como el de 1985, puede apreciarse cómo las zonas de máxima intensidad se mueven hacia el Este conforme aumenta el periodo al que se mide la ordenada espectral. Esto refleja la distribución de periodos predominantes del suelo en la ciudad de México (figura 27). Los
mapas de intensidad esperada hacen ver que el daño es altamente dependiente de la localización
de un edificio y que probablemente deberían existir diferentes mapas de microzonificación para
diferentes clases de edificios.
En la fig 25 se presenta el daño total estimado para el temblor de 1985. Conviene notar
que las áreas de máximo daño no coinciden necesariamente con las de máxima intensidad sísmica, puesto que aquel depende también de la vulnerabilidad estructural en la zona y de la densidad de construcción. Esta observación muestra claramente la diferencia entre peligro y riesgo sísmicos.
- DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
En lo que sigue discutiremos algunas de las limitaciones del modelo que se propone.
7 Estimación de movimiento del terreno
En su versión actual, el modelo es adecuado exclusivamente para temblores con origen costero.
Aunque estos eventos son los que históricamente han producido la mayoría de los daños en la ciudad de México, debe reconocerse el potencial destructivo de otros tipos de temblores (Rosenblueth et al, 1989). Las distribuciones de intensidad asociadas a esos otros temblores,
de foco más cercano, podrían diferir sustancialmente de las correspondientes a eventos costeros.
Los efectos de sitio se caracterizan mediante las FTE determinadas a partir de un modesto número de temblores registrados. Aunque no se ha identificado comportamiento no lineal apreciable del suelo en ningún sitio del valle de México, las FTE en algunos lugares varían de un temblor a otro, fenómeno para el cual no se tienen todavía explicaciones cuantitativas. Esto constituye una fuente de dispersión en nuestras estimaciones.
Por otra parte, la estimación del movimiento incidente al valle de México se obtiene mediante una regresión semiempírica. Esta involucra incertidumbres de hasta un factor de 2 en las ordenadas del espectro de Fourier. Aun cuando se impusieron restricciones teóricas a los coeficientes de la regresión usando estadística bayesiana, las estimaciones para temblores con M > 8 dependen fuertemente de los datos de 1985. Juzgamos que en algunas estaciones los espectros calculados podrían tener errores de hasta 50% en algunos periodos. Sin embargo, la forma de estos espectros es muy confiable puesto que se cuenta con información muy detallada y de alta calidad sobre los periodos predominantes del suelo.
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7 Funciones de vulnerabilidad
La principal limitación de nuestro enfoque para modelar las relaciones intensidad-daño es la selección de la medida de intensidad. Las ordenadas espectrales elásticas capturan algunas de las características más relevantes del movimiento, tal como la amplificación dinámica dependiente del periodo; sin embargo, esta medida no está completamente correlacionada con
los daños estructurales puesto que no se toman en cuenta factores importantes como la duración,
excursiones al rango inelástico y degradación de la resistencia. A pesar de esto, creemos que el enfoque adoptado es robusto dentro del relativamente estrecho intervalo de intensidades de interés. En efecto, las intensidades de los eventos de 1979 y 1985 difieren en un factor de alrededor de 3. Movimientos más leves que los de 1979 sólo producirán daños menores, mientras que intensidades del doble de las experimentadas en 1985 parecen improbables. En vista de esto, aun cuando la medida de intensidad y la relación funcional intensidad-daño adoptadas tengan un significado físico pobre, los índices de daño predichos están
razonablemente bien restringidos en ambos extremos del intervalo de máxima importancia. Sólo
podrán tenerse mejores maneras de relacionar el comportamiento estructural con los daños
observados cuando se hayan entendido mejor las particularidades del comportamiento no lineal
de las estructuras, sus propiedades materiales y las fuentes de sobrerresistencia.
Hemos estimado la vulnerabilidad de edificios con base en información sobre su
comportamiento en el pasado. Creemos que su vulnerabilidad actual podría ser menor por varias
razones: a) los edificios más vulnerables de la ciudad colapsaron durante el temblor de 1985; b) los edificios importantes que experimentaron daños en 1985 fueron reforzados a fm de
satisfacer los requisitos de los nuevos reglamentos de construcción; c) los nuevos edificios están
siendo diseñados para resistir fuerzas sísmicas mayores. Por otra parte, algunos edificios que sufrieron daños moderados y no fueron reforzados están actualmente en una situación más desfavorable. Si nuestra conjetura es cierta, nuestras estimaciones de daño podrían ser
conservadoras.
7 Levantamiento de edificios
Sus mayores limitaciones son evidentes de la descripción del levantamiento. Creemos, sin embargo, que mejorías sustanciales requerirían un esfuerzo un orden de magnitud mayor. Actualmente, realizar tal esfuerzo está fuera de nuestras posibilidades.
7 Aplicación del método a otras ciudades
Conceptualmente, los métodos que se han expuesto para evaluar las pérdidas esperadas por sismo son aplicables a cualquier localidad: división del área de interés en celdas, estimación de movimiento fuerte en un sitio de referencia, relaciones entre el movimiento en este sitio y el movimiento en el resto de las celdas y uso de relaciones intensidad-daño esperado. Sin
embargo, cada una de estas actividades puede tomar formas específicas dependiendo de la zona
que se estudie. Comentaremos algunas de las diferencias que podrían aparecer al tratar ciudades
con ambientes diferentes al de la ciudad de México.
Por definición, se considera que todos los atributos de una celda son constantes al
interior de ella. Para la ciudad de México, la división en las celdas de la fig 1 estuvo gobernada
principalmente por el hecho de que las características del subsuelo varían rápidamente dentro de la ciudad y con ellas la naturaleza de los movimientos durante sismo. Esta heterogeneidad de la geología superficial no es de esperarse en muchas otras ciudades. Por tal motivo, es
probable que la división en celdas para otras localidades quedara gobernada principalmente por
la heterogeneidad en construcción. Por otra parte, consideramos que hubiera sido mucho más
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165- Cuaderno_investigacion_bases_datos_estimacion_riesgos_sismico_CDMX
Materia: Sismología I
Universidad: Universidad Nacional Autónoma de México
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