- INTRODUCCIÓN
La isla Isabela perteneciente al Archipiélago de Galápagos tiene como cabecera cantonal la ciudad de Puerto Villamil, con 2 075 habitantes en la zona urbana (PDOT, 2012). Muchas de sus edificaciones poseen tipologías estructurales que han presentado un inadecuado comportamiento dinámico durante sismos pasados presentados en Ecuador, como el terremoto M 7.8 de Pedernales de 2016, donde en la zona epicentral la intensidad en la escala de Mercalli alcanzó el grado de IX, debido al colapso de un sinnúmero de edificaciones (Vizconde, Cortez & Macas, 2017; Barrios et al., 2017). Sin embargo, no hay información estructural suficiente disponible de la mayoría de dichas edificaciones debido a la autoconstrucción y a la falta de control de los entes municipales. Recolectar y procesar esta información es muy importante para estimar la vulnerabilidad sísmica y así tomar medidas de adecuadas de mitigación del riesgo sísmico y realizar evaluaciones más detalladas para hacer una rehabilitación sísmica de aquellas edificaciones más prioritarias.
El presente trabajo intenta presentar la aplicación de dos metodologías de inspección sísmica basadas en: 1) los Índices de Priorización de Edificios para la Gestión del Riesgo Sísmico de la Fundación Venezolana de Investigaciones Sismológicas (FUNVISIS) (López et al., 2014), 2) la Inspección Visual Rápida (IVR) de Edificaciones con Riesgos Sísmicos Potenciales del Federal Emergency Management Agency de Estados Unidos (FEMA P-154, 2015) , con el objetivo de evaluar la vulnerabilidad sísmica de edificaciones en Puerto Villamil, y reportar los resultados obtenidos.
- METODO
2.1. Amenaza sísmica
Considerada en una zona de sismicidad alta según la norma ecuatoriana con un factor Z= 0.30 g (MIDUVI, 2014), estas islas fueron creadas a partir de fenómenos tectónicos fuertes, y son el segundo archipiélago con más actividad volcánica en el mundo después de Hawaii (Filson, Simkin, & Leu,1973). Las Galápagos siempre han sido fuente de datos sismológicos para diferentes estaciones en todo el mundo, hasta donde se empezó a registrar, la actividad sísmica y volcánica (Filson et al., 1973) y cuenta con un historial de sismicidad con eventos de magnitudes que han alcanzado a Mw 6.3 en los últimos 100 años (USGS, 2018).
Actualmente el Instituto Geofísico viene monitoreando el volcán Sierra Negra, el cual es el más activo y está localizado en esta isla, donde se han detectado incrementos significativos en el número de sismos tipo volcano- tectónicos, los cuales están asociados al movimiento de fracturas a causa de esfuerzos asociados al magma del volcán (IGEPN, 2017). Recientemente sismos en el mundo relacionados con la actividad volcánica se han presentado con el volcán Kilauea en Hawaii donde se han alcanzado registros de hasta Mw 6.9 y donde también en 1975 se registró el terremoto de Kalapana de Mw 7.7 (USGS, 2018).
Asimismo, en Galápagos hay registros de sismos interplaca producidos en la zona de colisión entre las placas de Nazca y la de Cocos como el sismo Mw 5.8 del 08 de enero de 2018, a 10 km de profundidad y cercano a 200 km al norte del volcán Sierra Negra en la Isla Isabela (USGS, 2018). En la Fig 2.1 se observan los sismos de magnitud mayores a 4 de la zona de las islas Galápagos desde 1954, fecha desde cuando se tiene data (USGS, 2018).
Figura 2. 1. Archipiélago Galápagos donde se ubica la Isla Isabela, la de mayor extensión.
Fuente: (USGS, 2018)
2.2. Información básica de edificaciones
El primer paso es recolectar la información básica para identificar las tipologías de edificaciones que podrían ser más vulnerables en el sector 1 y 2 de Puerto Villamil. Con esta acción se logró identificar algunas tipologías que fallaron o colapsaron durante el sismo de Bahía de Caráquez y el de Pedernales en 1998 y 2016, respectivamente. La tipología estructural más habitual es de pórticos de hormigón armado con tabiques de albañilería de relleno, en edificaciones de dos o tres plantas, con corredores en voladizo y parapetos de albañilería (Blaisdell, Caballero, Cano & Carrillo, 2017), aunque con presencia de losa plana y en algunos casos los ladrillos de arcilla colocados de canto (Barrios et al., 2017).
En Bahía de Caráquez en 1998, el edificio Karina, mostrado en la Fig. 2.2, de sistema estructural aporticado con tabiques de relleno y de 4 pisos, sufrió severos daños en columnas con la formación de rótulas plásticas, grietas de tracción diagonal con colapso en mampostería, desplome de 40 cm de su columna esquinera. Luego tuvo que demolerse. Entre algunas causas de sus daños se citan: falta de redundancia, losa plana, excesiva flexibilidad al tener columnas de 35x35 cm en la planta baja que luego disminuían en su altura, ausencia de confinamiento de los tabiques de albañilería (Aguiar, 2011). Similares tipologías e irregularidades se observaron en las edificaciones inspeccionadas en la isla Isabela.
Figura 2. 1. Daños producidos en el Edificio Karina de uso residencial tras sismo de Bahía Mw 7.1 en 1998.
Fuente: (Aguiar, 2011)
En ese mismo sismo un número elevado de viviendas de 1 a 2 pisos de construcción informal construidas en sistema mixto de columnas de hormigón armado con mampostería de baja calidad, como la vivienda de la Figura 2.3, sufrieron un daño muy alto al punto de permanecer inservibles, donde sólo en la zona turística de la ciudad un 10% de estas viviendas presentaron daños importantes, mientras que en las zonas rurales el daño severo creció al 50% (Romo, 1998).
Figura 2. 2. Daños en edificación informal en barrio marginal de Bahía tras sismo de 1998.
Fuente: (Romo, 1998)
De la misma manera, el terremoto de Pedernales M7.8 causó, en Manta, el colapso del Hostal el Ancla (Fig. 2.4), la cual era una estructura irregular formada por tres bloques de 2, 3 y 4 pisos. Su estructuración se basada en columnas de hormigón, losa plana y tabiques de mampostería (Barrios et al., 2017).
Figura 2. 3. Colapso del Hostal El Ancla en Manta durante el terremoto de Pedernales en 2016.
Fuente: Elaboración propia.
En la figura 2.5 se muestran tres edificaciones vecinas, de construcción informal, en la ciudad de Manta, las cuales son de tipología estructural aporticada con albañilería de relleno y como producto del terremoto de Pedernales, sus tabiques de albañilería colapsaron y en el caso de la vivienda esquinera parte de la losa del techo de la planta alta también.
Como segundo paso se adaptaron los formatos de las metodologías del FEMA y del FUNVISIS donde se recolectarán datos como el número de pisos, año de construcción, tipo estructural, si la construcción es formal o informal, principales irregularidades, estado de conservación, número de ocupantes y uso. Finalmente, el tercer paso fue programar las inspecciones sísmicas de las 50 edificaciones en la Isla Isabela.
Figura 2. 4. Viviendas de pórticos con tabiques de relleno y losa plana afectadas en Manta tras el sismo de Pedernales 2016.
Fuente: Elaboración propia.
2.3. Inspecciones sísmicas
Se efectuaron inspecciones sísmicas, en un formato adaptado al escenario del Ecuador en un nivel 1 y 2 de la metodología FEMA P-154 y del formato de índices de vulnerabilidad y priorización del FUNVISIS, a un total de 50 edificaciones entre viviendas, hoteles, centro de salud, colegios, iglesia, locales de comercios, edificio municipal, principalmente en los sectores 1 y 2 de Puerto Villamil, por ser la zona de mayor afluencia turística, residencial y comercial, al estar ubicadas en la zona 3 de alta sismicidad según la NEC. Estas edificaciones fueron seleccionadas siguiendo los siguientes criterios: similitud de sistema estructural a los edificios afectados por el terremoto de Bahía de Caráquez y Pedernales, antigüedad de la edificación, implicancia de su pérdida al sector turismo de la isla e importancia de la edificación.
2.4. Formato de Recolección de datos
Se diseñaron hasta tres formatos de recolección de datos (Nivel 1 y 2 de la metodología FEMA y un Nivel 1 de método FUNVISIS) para efectuar las inspecciones sísmicas donde se recoge la información estructural y no estructural de las edificaciones de la Isla Isabela. Para elaborar estos formatos se consideraron experiencias anteriores de estudios como los propuestos en la evaluación visual rápida (FEMA P-154, 2015) en Estados Unidos y el Índices de Priorización de Edificios para la Gestión del Riesgo Sísmico del FUNVISIS (López et al., 2014). La información desarrollada en esta metodología ecuatoriana fue preparada de acuerdo con las prescripciones de la norma ecuatoriana de la construcción (MIDUVI, 2014).
La información recogida durante las inspecciones se agrupa en: información básica incluida la identificación y dirección, coordenadas geográficas, año de diseño y/o construcción, esquema en planta y elevación, configuración estructural, detalles no estructurales, irregularidades, amenazas geotécnicas potenciales, estado de mantenimiento, si es una construcción formal o informal, reporte fotográfico, así como uso y número aproximado de ocupantes. La Figura 2.6 muestra un ejemplo del nivel 1 del formato de inspección en campo basado en el FEMA 154 donde en la parte central se ubican las distintas tipologías estructurales con sus puntajes básicos y sus distintos modificadores dependiendo si existe irregularidades, el tipo de suelo o el código sísmico usado durante la construcción y/o diseño de la edificación.
Figura 2. 5. Formato de inspección visual rápida adaptado del FEMA P-154
Fuente: Elaboración propia.
La figura 2.7 muestra el formato adaptado del FUNVISIS con la información requerida que se usará para el cálculo de los índices de amenaza, vulnerabilidad, riesgo y priorización. En ella aparecen los rangos de años donde estuvieron vigentes en el país determinada normativa sísmica, así como la tipología estructural, si existen algunos tipos de irregularidades en planta como altura y el grado de deterioro, lo cual influye en el cálculo del índice.
Figura 2. 6 Formato de inspección técnica y recolección de datos adaptado del FUNVISIS
Fuente: Elaboración propia.
2.5. Inspección visual rápida adaptada del FEMA P-154
Esta metodología ha sido formulada para identificar, inventariar, y clasificar edificios que son potencialmente peligrosos ante un sismo. Si un edificio recibe un puntaje alto (por encima de un límite de puntaje), el edificio es considerado que tiene una adecuada resistencia sísmica. Si un edificio recibe un bajo puntaje sobre la base de este procedimiento debería ser evaluado a un nivel 2 y a detalle (FEMA P-154, 2015).
La metodología comienza con la identificación del sistema primario estructural resistente a las fuerzas sísmicas y los materiales estructurales de la edificación. Existen distintos valores básicos dependiendo del tipo de edificio, el cual tiene que ser seleccionado, y existen distintos modificadores de ese puntaje que deberán ser aplicados por el investigador. Se rellena el formato donde se obtiene una puntuación de diferentes variables visibles de la edificación, dando como resultado una puntuación, que establecerá un nivel de riesgo ante una amenaza sísmica, para un posterior diagnóstico exhaustivo.
Al nivel 1 de evaluación de cada edificio considerado, se le añadirá el nivel 2, el cual recogerá información acerca de características estructurales adicionales, que afectarían al riesgo y también provee un ajuste de los modificadores de puntaje.
Para que la investigación se efectúe se realizó una equivalencia con la norma ecuatoriana utilizando el espectro elástico de diseño horizontal de aceleraciones; lo que en función de la altura de las edificaciones típicas de no más de 4 niveles y el tipo de suelo se calculó la aceleración espectral de respuesta en periodo corto o Ss en 0,2 seg, y se determinó que la sismicidad de la región Galápagos es moderada alta.
Las tipologías estructurales típicas según el FEMA P-154 encontradas fueron: Pórtico con tabique de mampostería de relleno (C3), Pórtico de concreto resistente a momento (C1), Pórtico de madera ligera para vivienda unifamiliar (W1) , Mampostería reforzada con piso rígido (RM1) y Mampostería no reforzada (URM), los cuales se muestran en la tabla 2.1 con los valores de sus puntajes base de donde se le sumará o restarán distintos valores de modificadores, debiendo obtenerse un valor superior al mínimo para que se pueda considerarse no vulnerable.
Tabla 2. 1 Sistemas estructurales identificados según FEMA 154 con sus puntajes básicos y mínimos
|
Sistema Estructural |
Puntaje básico |
Puntaje mínimo Smin |
|---|---|---|
|
C3 |
1.4 |
0.3 |
|
C1 |
1.7 |
0.3 |
|
W1 |
4.1 |
1.6 |
|
RM1 |
1.8 |
0.3 |
|
URM |
1.2 |
0.2 |
Fuente: Elaboración propia.
Los modificadores del puntaje básico son: Irregularidad vertical severa o moderada, irregularidad en planta, pre-código, post-actualización código, suelo tipo A ó B, suelo tipo E (para edificaciones de 1 a 3 pisos) y suelo tipo E (para edificaciones de menos de 3 pisos). El pre-código está referido si la edificación fue diseñada y/o construida antes de una reglamentación de construcción que considere el tema sísmico y el post-actualización se refiere si la edificación fue construida o diseñada con una última norma sísmica con tendencias modernas en sismorresistencia. Como el tipo de suelo influye, los tipos A y B suman al puntaje básico; así como los tipos de suelo E restan al puntaje básico. De obtenerse un puntaje menor al Smin se procederá a pasar a un nivel 2 de evaluación llenando el formato correspondiente, el cual considerará otras irregularidades como piso blando, columna corta, escalonamiento, pendiente del terreno, irregularidad torsional, sistemas no paralelos, aberturas en diafragmas, falta de redundancia, golpeteo, entre otros.
De este modo, algunas edificaciones que colapsaron durante el terremoto de Bahía de Caráquez y el terremoto de Pedernales fueron usadas para calibrar esta metodología, bajo la suposición de cada edificación en su estado anterior al sismo que las afectó.
El edificio Karina en Bahía de Caráquez sufrió daños en los extremos de las columnas en sus dos primeros pisos y poseía sólo 9 columnas con la consiguiente falta de redundancia estructural. Este edificio clasificado como un pórtico resistente a momento (C1) poseía columnas de 35x35 cm en el primer piso y 35x30 cm en el segundo piso, además de vigas banda ancha de 30 cm x25 cm de peralte embebidas en la losa. Obtuvo un SL1 de 0.2, menor al Smin de 0.3, por tanto, era vulnerable y requería una evaluación más detallada.
La vivienda esquinera de Manta y el Hostal El Ancla, ambas catalogadas como pórticos resistentes a momento C1, aunque este sistema estructural no es propiamente un C1 debido a la ausencia de vigas peraltadas las dos direcciones principales, obtuvieron un puntaje SL1 de 0.1 y 0.2, respectivamente. Ambos son menores al Smin de 0.3, por tanto, eran vulnerables y requerirían un nivel 2 de evaluación y una evaluación estructural más detallada. Durante el terremoto de Pedernales ambas tuvieron un colapso total y parcial como se observó en las figuras 2.4 y 2.5, respectivamente.
2.6. Índices de Riesgo y Priorización
La información recogida en los formatos se usó para calcular el índice de riesgo Ir y el índice de priorización Ip definidos por las Ec. 2.1 y Ec. 2.2, respectivamente. El índice de riesgo no intentar medir el riesgo sísmico real de la estructura, pero al menos si estimarlo lo mejor posible con la información recogida durante la inspección (López et al., 2014). El índice de priorización se orienta a la toma de decisiones técnicas, administrativas y políticas en aras de establecer prioridades para desarrollar evaluaciones estructurales detalladas y rehabilitaciones sísmicas de las edificaciones estudiadas.
El índice de priorización considera la amenaza sísmica del sitio, el uso y la importancia de la construcción, el número de ocupantes, la edad de la obra, el sistema estructural y el número de pisos, la profundidad del depósito de suelo, el grado de deterioro, la topografía del sitio y algunas características básicas estructurales y de los tabiques de relleno que condicionan su desempeño sísmico (López et al., 2014).
Ir = Ia . Iv (2.1)
Ip = Ia . Iv . Ii (2.2)
El índice de amenaza (Ia) depende de la zona sísmica donde está ubicada la estructura de acuerdo con la NEC-15, para Galápagos ubicada a la zona sísmica 3 (Z=0.3g para T=475 años). Iv es el índice de vulnerabilidad entre 6 y 100. Ii es el índice de importancia entre 0.80 a 1, el cual dependerá del uso del edificio.
El índice de vulnerabilidad (Iv) dependerá del sistema estructural (con un peso relativo del 35%), el año del proyecto (peso relativo del 25%), existencia de irregularidades (peso relativo del 25%), existencia de patologías estructurales y/o falta de mantenimiento (peso relativo de 4%), la profundidad del depósito (peso relativo de 7%) y las condiciones topográficas y de drenaje (peso relativo de 4%). Existe una atención especial en la detección de columnas cortas, la ausencia de una buena definición de ejes estructurales en las dos direcciones, la presencia de losas planas, la falta de rigidez lateral y la interacción tabique-pórtico, debido a que estas características influyeron en una inadecuada respuesta dinámica de las edificaciones durante los recientes terremotos en Ecuador. También se consideró la influencia de la entrada en vigor de las normas sísmicas en el país. En 1977 cuando se tuvo el primer código sísmico, luego en el año 2002, después del terremoto de Bahía de Caráquez de 1998, el 2011 cuando se socializó la norma NEC y ya en el 2015 cuando salió a la luz como norma legal y ya se contemplan requerimientos modernos de diseño sismorresistente.
De la misma manera, con esta metodología, las edificaciones afectadas y/o que colapsaron durante los sismos mencionados fueron usadas para calibrar los índices propuestos. Similar comparación se realizó con algunas edificaciones de colegios severamente afectados durante los sismos de Cariaco y Caracas en Venezuela (Marinilli, Fernández, López & Coronel, 2012). En la Tabla 2.2 se muestran los índices obtenidos para el edificio Karina, afectado en el terremoto de Bahía, y el hostal El Ancla y una vivienda esquinera, severamente afectados con el terremoto de Pedernales. De acuerdo con estos resultados y la clasificación de la vulnerabilidad, riesgo y priorización de estas tres edificaciones en concordancia con el rango de valores de esta metodología (López et al., 2014). se determinó que tanto el edificio Karina y hostal El Ancla poseían una vulnerabilidad elevada; mientras que la vivienda esquinera, muy elevada. En los tres casos el riesgo fue elevado. Con respecto a la prioridad obtenida de un rango de 1 a 12, siendo 1 la prioridad máxima y 12 una prioridad mínima, el edificio Karina tuvo una prioridad de 4; mientras que las otras dos, tuvieron una prioridad de 3.
Tabla 2. 2 Valores de índice para edificaciones afectadas en terremotos de Bahía 1998 y Pedernales 2016.
|
Edificación |
IA |
II |
IV |
IR |
IP |
|
Edificio Karina |
0.90 |
0.82 |
54.20 |
48.78 |
39.99 |
|
Hostal El Ancla |
0.90 |
0.82 |
55.40 |
49.86 |
40.88 |
|
Vivienda esquinera |
0.90 |
0.80 |
64.40 |
57.96 |
46.37 |
- RESULTADOS
En la figura 3.1 se observa la distribución de las edificaciones inspeccionadas de acuerdo con su tipología estructural según FEMA P-154, en la cual un 82% corresponde a sistema aporticado con tabiques de albañilería de relleno, un 14% a albañilería no reforzada y un 2% tanto para sistema aporticado de hormigón armado y para aporticado de madera. La figura 3.2 muestra el porcentaje de edificaciones inspeccionadas siguiendo las pautas del FEMA P-154 que serían vulnerables y requerirían una evaluación más detallada en un 52% de todas ellas.
Figura 3. 1. Distribución de las edificaciones inspeccionadas de acuerdo con su tipología estructural.
Fuente: elaboración propia.
Figura 3. 2. Distribución de edificaciones vulnerables que requieren evaluación más detallada.
Fuente: elaboración propia.
