4 marzo, 2024 3:59 pm

Riesgo sísmico de la CDMX

Eduardo Reinoso Angulo Investigador, Instituto de Ingeniería (II) UNAM.

Pablo Quinde Martínez Posdoctorado, II UNAM.

Marcial Contreras Zazueta Coordinador de Investigación y Desarrollo, Evaluación de Riesgos Naturales (ERN).

David Gómez Palacios Experto en Geomática, II UNAM.

Luis Buendía Sánchez Experto en Vulnerabilidad Estructural, ERN.


En el presente artículo se ofrece una síntesis de diversos trabajos de varios años para cuantificar el riesgo sísmico de los edificios más vulnerables, de manera que la autoridad tenga elementos para que se realicen intervenciones efectivas y directas para reducir su vulnerabilidad.

 

La tendencia mundial de reducción del riesgo sísmico (Marco de Sendai para la reducción de desastres en el periodo 2015-2030) indica la necesidad de que los países inviertan y tengan planes para 1) comprender el riesgo de desastres, 2) fortalecer las políticas públicas para gestionarlo y 3) invertir para lograr sociedades resilientes. No hay duda de que lograr esto para el país, y en particular para la CDMX, es labor fundamental del CICM y sus sociedades técnicas trabajando en conjunto con universidades, profesionistas, empresas y gobiernos.

El reto es enorme, ya que se requiere información confiable de los sismos que ocurrirán, del comportamiento del suelo de la ciudad y de la respuesta de sus estructuras. No podremos saber cuáles edificios colapsarán y podrían causar muertos durante el siguiente temblor, pero es factible calcular su riesgo y considerar que los peores deben ser intervenidos.

 

Daños importantes sólo en la Zona de Lago

Si bien la CDMX ha sido históricamente afectada por varios tipos de sismos, los que mayor daño provocan son los que tienen origen en la zona de subducción, en la costa del océano Pacífico, y los que se originan en la Placa de Cocos ya subducida. Estos sismos se originan a más de 200 km de la ciudad, pero debido a los efectos de amplificación de las ondas sísmicas en la zona lacustre la intensidad es muy fuerte, y los movimientos, de larga duración. Como se evidenció durante el sismo del 19 de septiembre de 2017, un terremoto cercano podría causar daños en terreno firme, pero no en estructuras construidas con los estándares del reglamento, por lo que no tiene caso proponer políticas públicas para mitigar el riesgo sísmico en esta zona. Como ejemplo de esto, las estadísticas de daños causados por los sismos de 1957, 1979, 1985 y 2017 se muestran en la figura 1 (cada círculo contiene el año del sismo), un mapa de la CDMX (en línea azul, el contorno de la alcaldía Coyoacán) en donde se aprecia claramente que los daños han sido en la zona lacustre (café claro) en comparación con la Zona de Lomas o de terreno firme (café oscuro), donde ni siquiera hay reporte de daños. Por esta razón, se considera que sólo las estructuras ubicadas en la Zona de Lago de la CDMX tienen un riesgo sísmico alto.

 

Daños observados desde el sismo de 1957

No existe ningún otro lugar del mundo donde las construcciones modernas hayan sido sometidas a altas demandas sísmicas tan frecuentemente como en la zona lacustre de la CDMX. Desde el terremoto de 1957, los conocimientos en sismología, geotecnia, análisis y diseño estructural han contribuido a contar con edificios y estructuras cada vez más seguras. Sin embargo, el proceso ha sido en muchos sentidos empírico, y los edificios se construyen sin que necesariamente se cuente en esos momentos con los conocimientos suficientes para garantizar su seguridad para los terremotos que en el futuro ocurrirán. Para entender cuáles son las estructuras con más riesgo en la CDMX, es esencial revisar con detalle la historia de las que se han dañado.

La base de datos de los edificios dañados se ha obtenido de miles de evaluaciones estructurales postsísmicas realizadas desde 1957 por académicos, profesionales, empresas privadas, asociaciones civiles (SMIS, SMIE y SMIG) y recientemente por el Instituto para la Seguridad de las Construcciones; prácticamente todas las observaciones documentas desde entonces se pueden revisar en un sitio web de libre acceso (ERN, 2020). A partir de estas bases de datos se tiene una parte de la información para determinar las características de los edificios que los hacen más vulnerables. En general, hoy podemos decir, de acuerdo con estas observaciones de daños durante sismos pasados, que las estructuras más propensas a no tener un correcto desempeño estructural en sismos futuros son aquellas que:

• Se encuentran ubicadas en la zona lacustre.

• Fueron construidas antes de 1985 y, por lo tanto, diseñadas con estándares antiguos, y que por haber resistido ya tantos terremotos podrían presentar daño acumulado.

• Su estructura es de sistemas vulnerables, como la losa plana.

• Cuentan con una o varias patologías estructurales, como irregularidades en planta o elevación, planta baja débil, configuración irregular en esquina, entre otras.

• Se encuentran pegadas o muy cerca de otras estructuras con diferente altura, lo que podría causar que dos y hasta tres edificios se golpeen entre sí y causen daños e incluso colapso. Si bien esta no es una patología de ninguna de las estructuras que se golpean, ya que no era de esperarse que se tomara en cuenta en el diseño de ninguno de ellos, sí es necesario considerarlo y resolverlo ahora porque es un factor grave de riesgo.

Estadísticas de daños durante el sismo del 19S-2017 en la colonia Roma y alrededores

Para mostrar evidencias de las patologías que más influyen en los daños estructurales, se realizó un estudio en la zona mostrada en la figura 2, en un área con un radio de 600 m, dentro de las colonias Roma e Hipódromo, tomando como centro la estación acelerométrica CI05 para poder considerar que todos estos edificios estuvieron sometidos al mismo movimiento sísmico. Estas colonias fueron elegidas porque el 30% de los edificios colapsados durante el sismo se encontraban en dicha zona. Con objeto de recabar información detallada, se realizaron inspecciones virtuales con las herramientas disponibles en internet, y también inspecciones de banqueta.

En la figura 3 se muestra la estadística de daños de la zona de estudio. De un total de 1,923 edificios, 91% no sufrieron ningún daño, y en el otro extremo, 0.88% tuvo un daño total; algunos de éstos colapsaron. Si bien es inaceptable que los edificios colapsen, es sorprendente para la mayoría de la gente que en esta zona de la ciudad sea tan grande el porcentaje de edificios sin daño y tan bajo el de edificios con daños totales. En lo que sigue se analizan las causas y el porqué de que la mayoría de los edificios no tengan daño, pero otros se dañan totalmente.

El primer factor decisivo es la fecha de construcción. Todos los edificios con daño grave fueron construidos antes de 1985. Pero en la zona hay muchos otros con la misma antigüedad a los que no les pasó nada. Por ello, entre otras causas, estudiamos las patologías estructurales más relevantes, mostradas de manera esquemática en la figura 3:

Efecto de esquina, donde las dos colindancias traseras son muros muy rígidos y resistentes, mientras que las dos fachadas son flexibles y menos resistentes. Debido a esto, el edificio experimenta giros y torsiones durante el sismo que muchas veces no se incluyeron en el análisis estructural.

Planta baja débil; el piso inferior, donde más resistencia sísmica se requiere, es el que menos elementos tiene para permitir estacionamientos y comercios. La rigidez de la planta baja es mucho menor que en el resto de pisos del edificio.

 

En la figura 4 se muestra un resumen de ambas estadísticas. Después de clasificar todos los edificios de la zona de estudio, según lo indicado en la figura 3, y considerando su daño en porcentaje, se encontró que: a) las estructuras que no tenían ni planta baja débil ni estaban en esquina tenían un daño promedio similar al de toda la zona (1.1%); b) en los edificios que tenían planta baja débil intensa el daño promedio aumentaba a 6.6% (seis veces mayor) y c) si los edificios tenían asimetría de esquina alta, su daño aumentaba a 2.6%, más del doble. Pero la estadística más contundente es para aquellos edificios que tenían ambas patologías de manera muy notoria, ya que el daño promedio en ellos fue de 31.7%, es decir, prácticamente uno de cada tres edificios en esa zona que tenía efecto de esquina alto y planta baja intensa colapsó o tuvo pérdida total. Es claro que para evitar futuros colapsos, el primer grupo de edificios a considerar son aquellos que tienen estas dos patologías de manera evidente.

El catastro como base de datos

Para establecer una lista confiable de los edificios con riesgo alto en la CDMX, debemos contar con una base de datos que incluya la ubicación precisa para correlacionar su comportamiento con el comportamiento propio del suelo, más otras características fundamentales como fecha de construcción, tipo constructivo y las patologías como configuración de esquina, irregularidades y posibilidad de golpeteo, entre otras.

La labor para tener esta base de datos de la CDMX está siendo titánica. Por un lado, se cuenta con la versión del catastro de la Ciudad de México del año 2010, proporcionada al Instituto de Ingeniería por la Secretaría de Protección Civil del Distrito Federal, y que contiene 1,129,485 construcciones. Esta versión del catastro contiene mucha información, pero muy poca es útil para calcular el riesgo sísmico de cada edificio: la ubicación, el intervalo del número de pisos (ni siquiera el número de pisos exacto), año de construcción, uso, material de construcción, entre otros. Pero la información es relativamente antigua y tiene varias limitaciones que incrementan la incertidumbre en el cálculo del riesgo, y por lo tanto en la toma de decisiones final. De los edificios incluidos en el catastro, se seleccionaron los de uso comercial y de vivienda, lo que se reduce a 697,625 construcciones, 61% del total. Sin embargo, la descripción de las características de las estructuras que existe en el catastro de 2010 es muy limitada, por lo que la incertidumbre presente en la base de datos de bienes expuestos es alta.

 

Uso de inteligencia artificial y geomática

Debido a que la información del catastro tiene muchas limitaciones, era necesario recurrir a otras fuentes de información para contar con una base de datos confiable. Además de ello, se requiere conocer las patologías estructurales, imposibles de encontrar en ninguna fuente. Aun considerando que a lo largo de los años habíamos ya inspeccionado al menos desde la banqueta casi 20 mil edificios, seguir con este proceso era impráctico, caro y peligroso.

Debido a esto, recurrimos al uso de herramientas de inteligencia artificial. En el caso de la CDMX, la cantidad y diversidad de la exposición, así como la disponibilidad de imágenes en medios digitales, justifican usar procesos automáticos de visión computacional para extender el tamaño de la muestra inspeccionada por ingenieros con la siguiente tónica: considerando que los inmuebles inspeccionados por ingenieros son una muestra representativa de la Ciudad de México, se entrenaron modelos de visión computacional para responder si en una fotografía de la fachada de un edificio se observa una característica de interés de entre un conjunto finito de opciones. Los métodos usados se reportan en Contreras et al. (2019). Los modelos se usan para revisar cientos de miles de edificios y señalar aquellos en los que se detecten características y patologías estructurales. Los procesos automáticos basados en visión computacional y geomática se emplearon para identificar:

• Número de pisos exacto, tomado a partir de la información LiDAR que proporciona un modelo digital de elevación (figura 5a)

• Condición de esquina (figura 5b)

• Irregularidad en planta (figura 5c)

• Planta baja débil (figura 5d)

• Tipo de uso (figura 5d)

 

Los resultados de riesgo sísmico

En este trabajo se ha puesto énfasis en la importancia de entender los daños reportados durante sismos y de contar con información confiable y completa de los edificios existentes para poder calcular el riesgo y proponer medidas de mitigación. El riesgo sísmico es una combinación entre las características dinámicas de la estructura y las propias del sismo, y en el caso de la zona lacustre de la CDMX, con una gran amplificación por las características dinámicas del suelo que cambian de una colonia a otra. Es un cálculo relativamente complejo y de antemano no se puede dar por hecho que tal o cual edificio, incluyendo sus patologías, tendrá determinado daño; es necesario calcular el riesgo con herramientas que consideren todas las fuentes sísmicas con sus características, el sitio preciso de la zona lacustre donde el edificio se encuentra y todas sus características estructurales.

De acuerdo con lo anterior, es necesario, para cada sismo que podría ocurrir en el futuro y afectar a la CDMX, calcular el mapa de amplificación de la intensidad de la zona lacustre y cómo esta intensidad afecta a cada uno de los edificios. Como un ejemplo de los miles de sismos que hemos calculado, en la figura 6 se muestra el mapa de la CDMX con los daños esperados de todos los edificios como actualmente los tenemos en la base de datos, incluyendo los datos de inteligencia artificial y geomática, considerando un sismo igual al del 19 de septiembre de 1985. Se aprecia que todos los daños importantes están distribuidos en la Zona de Lago; otros sismos que provienen de otras fuentes muestran una distribución de daños distinta. Al final, lo que interesa es ver el daño máximo que cada edificio tendría ante todos estos sismos, y con base en ellos clasificar su riesgo.

En la figura 7 se muestra un acercamiento a la zona centro de la ciudad; se ve con precisión cuáles edificios son los que están en alto riesgo; también se muestra la intensidad del movimiento en el suelo, donde claramente los colores indican que las intensidades importantes están en la Zona de Lago.

Conclusiones

Los resultados de este estudio permitirán a la autoridad de la CDMX, a través del Instituto para la Seguridad de las Construcciones, tener información confiable sobre cuáles edificios tienen mayor riesgo sísmico, y con ello poder hacer estudios más detallados con objeto de mitigar el riesgo y estar mejor preparados para el siguente sismo. De hacerlo, veremos menos daños materiales, menos víctimas y una recuperación más rápida.

 

Referencias
Contreras, M. A., M. A. Torres, D. Mendoza, D. Gómez, J. Rivera, J. Cortés, O. Alva, J. Z. Martínez y E. Reinoso (2019). Reconocimiento automático de patologías estructurales en la Ciudad de México. XXII CNIS.
ERN (2020). Visualizador de inmuebles con daños en México. Recurso en línea consultado en abril de 2020 en https://serv.ern.com.mx/VisualizadorERN

 

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