Algunas lecciones aprendidas
Los dos temblores que sacudieron a Turquía a principios de febrero de 2023 causaron gran destrucción en varias ciudades de ese país, algunas densamente pobladas. La magnitud de los sismos, así como los daños materiales y las muertes provocadas, llamaron la atención de amplios y muy diversos sectores sociales, pero destacadamente de los especialistas en temas relacionados con la sismología y la ingeniería sísmica.
Jorge Aguirre González Coordinación de Sismología, II UNAM.
Sergio Alcocer Martínez de Castro Coordinación de Estructuras, II UNAM.
Jorge Arturo Ávila Rodríguez Coordinación de Estructuras, II UNAM.
Eduardo Botero Jaramillo Coordinación de Geotecnia, II UNAM.
Marcos Mauricio Chávez Cano Coordinación de Estructuras, II UNAM
Efraín Ovando Shelley Coordinación de Geotecnia, II UNAM
Catástrofes como la ocurrida en Turquía “encierran lecciones para todos, no solo para los especialistas. La obligación de desentrañarlas, asimilarlas y comunicarlas a los diversos grupos interesados es responsabilidad de los ingenieros” (Reséndiz, 2005). Fue con ese afán que algunas semanas después de los sismos de Turquía, del 12 al 25 de abril de 2023, el Instituto de Ingeniería de la UNAM envió a un grupo de especialistas para observar lo ocurrido y para extraer lecciones útiles para los especialistas mexicanos y extranjeros en sismología, estructuras y geotecnia. Específicamente, se perseguía la intención de aprender de esta experiencia y, en la medida de lo posible, aplicar lo aprendido para mejorar la práctica de la ingeniería en nuestro país. En este artículo se presenta un breve resumen de sus observaciones y se hace un recuento de las principales lecciones aprendidas durante su visita de estudio.
Consideraciones y datos generales
De acuerdo con varias agencias noticiosas, cerca de 60,000 personas fallecieron a causa de los daños provocados por los temblores; poco menos de 51,000 en Turquía y poco más de 8,400 en Siria. Según algunos reportes (France Press, 2023), 4 millones de estructuras resultaron afectadas, y de ellas 345,000 quedaron completamente destruidas. Además de eso, la actividad económica se paralizó por varias semanas después de los temblores y, en general, se estima que las afectaciones al producto interno bruto serán muy severas. En Turquía los movimientos sísmicos fuertes son monitoreados por una numerosa red de acelerógrafos distribuida en todo el país y operada por el Ministerio del Interior a través de una dependencia cuyas siglas son AFAD (figura 1). Turquía cuenta con más de 850 acelerógrafos. En comparación, en México únicamente tenemos 165 estaciones acelerográficas, 81 de ellas en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
El 6 de febrero a las 4:17 h tiempo local de Turquía ocurrió el sismo conocido como Pazarcik-Kahramanmaras, de magnitud Mw 7.7 con profundidad focal de 8.6 km. La falla corresponde a un movimiento lateral izquierdo que rompió alrededor de 350 km de longitud total a partir de la ciudad de Pazarcik sobre las direcciones SSW y ENE. Fue una falla superficial que afloró en varios puntos. Ese mismo día, a las 13:24 h tiempo local, ocurrió otro sismo, llamado Ebistan-Kahramanmaras, de magnitud Mw 7.6 con profundidad focal de 7 km. También se trató de una falla superficial lateral que rompió 150 km aproximadamente, en dirección EW. Estos dos eventos ocurrieron en un área sísmicamente activa sobre la falla este de Anatolia que está en el límite entre el Bloque de Anatolia y la Placa Arábiga. La máxima aceleración del terreno registrada por esta red fue de 1,367 gal en la ciudad de Hatay (Gülerce et al., 2023; Çetin et al., 2023). Los temblores del 6 de febrero son los de mayor magnitud desde 1939, y tal vez solo por abajo del temblor histórico de 1668 ocurrido en la porción norte de la Falla de Anatolia (Ambraseys, 2009).
Los espectros de respuesta de los registros de este evento en algunas estaciones sobrepasaron los previstos en el reglamento de 2018, que es el más reciente. En cuanto a las estimaciones de peligro sísmico, de acuerdo con las observaciones instrumentales resultó claro que la magnitud máxima que se había previsto para estas fallas fue menor a la magnitud que se presentó. Otro aspecto que seguramente influyó es la manera en la que consideran los detalles de amplificación local con base en el parámetro VS30, lo cual ha probado ser insuficiente. VS30 es una medida del velocidad de ondas promedio entre la superficie y los 30 m de profundidad. De lo anterior resulta evidente la necesidad de realizar más estudios y con ellos revisar las estimaciones de peligro sísmico.
Turquía cuenta con un reglamento de construcciones de muy buena calidad, aplicable a todo su territorio, lo cual resulta muy positivo. Sin embargo, su cumplimiento no es uniforme en el país. Para el caso de México, deberíamos tener un reglamento de construcciones moderno y de cobertura nacional. Ese reglamento y las estimaciones de peligro sísmico deberían revisarse periódicamente para incorporar los últimos hallazgos de las investigaciones en estos campos.
Aspectos estructurales
Una gran cantidad de los edificios dañados estaban estructurados mediante marcos esbeltos de concreto reforzado, muchos de ellos con losas planas apoyadas en columnas. En general, las columnas eran rectangulares orientadas para dejar los mayores claros hacia las fachadas, la mayoría de ellos con entrepisos flexibles o débiles en la planta baja destinada a comercio o a estacionamiento. Contaban con muros divisorios de mampostería pobre conectados a la estructura, los cuales exhibieron daños de consideración. Las piezas de mampostería eran, en muchos casos, de arcilla multiperforada con los huecos en la dirección horizontal. En la figura 2 se presenta la imagen de un edificio colapsado con estructuras flexibles de concreto.
Los edificios dañados y colapsados adolecían de una configuración estructural poco apta para resistir sismos (exceso de flexibilidad lateral) y deficiente detallado. El detallado deficiente consistía, en general, en paquetes de barras en contacto unas con otras, o casi pegadas, lo que provoca la ausencia de concreto alrededor de ellas; bajas cuantías de refuerzo transversal y elevadas separaciones a lo largo del elemento; ausencia de estribos y grapas interiores o sobrepuestos; insuficiente o nula cuantía de refuerzo transversal en la unión viga-columna; traslapes cortos, entre otros. En las figuras 3 y 4 se ejemplifica lo anterior. Fue común observar barras de refuerzo lisas en edificios, presumiblemente similar a lo detectado durante los daños del sismo de Kocaeli de 1999.
La calidad de la construcción lucía claramente deficiente (figura 4). Durante la inspección se detectaron barras lisas, piezas de mampostería con huecos perpendiculares a la carga vertical, así como concretos de baja resistencia, porosos y mal compactados; deficiente colocación del acero de refuerzo; estructuración inadecuada que generaba concentración excesiva de esfuerzos en las uniones viga-columna; congestionamiento de barras de pequeños diámetros (número 4 o 5), entre otros. La ejecución fue notoriamente deficiente; ello se evidenció en colados inadecuados, junteo incompleto de piezas de mampostería, dobleces de barras con longitudes y ubicaciones incorrectos, todo lo cual sugiere pobreza en la supervisión y autorización de la construcción. También se observaron muchos daños en estructuras por efectos del impacto de edificios colindantes colapsados.
Por otro lado, los hospitales modernos, de más de 100 camas y aislados sísmicamente, exhibieron un excelente comportamiento. Se registraron algunos daños no estructurales, tal vez atribuibles a consideraciones inadecuadas sobre la capacidad de algunos elementos para resistir deslizamientos.
No obstante que en la mayoría de las zonas visitadas el suelo de desplante de los edificios es semejante al tipo Lomas de la Ciudad de México, no se detectaron estructuraciones con elementos que contribuyeran a mejorar la resistencia de la estructura ante la demanda sísmica, como muros de cortante de concreto reforzado, colocados de forma estratégica para evitar torsiones o concentraciones de esfuerzos en zonas pequeñas. Asimismo, no se observaron edificios de estructura metálica ni problemas por efectos de torsión en planta.
Estructuras de mampostería
Los daños observados en estructuras de mampostería simple son similares a los que ocurren en México ante la ocurrencia de un sismo fuerte. La mayoría de los daños se presentan en estructuras que fueron producto de la autoconstrucción, típicas de la arquitectura vernácula de la región, donde es común la combinación de distintos materiales de construcción no necesariamente compatibles, como bloques multiperforados, el adobe y el concreto, además de que se aprecia la falta de una asesoría técnica. Fue frecuente encontrar viviendas cuya planta baja estaba construida con mampostería de adobe o piedra y la planta alta con mampostería de bloque y elementos de concreto reforzado, lo que ocasiona un cambio brusco de la rigidez y resistencia entre ambas plantas y, también, una incompatibilidad entre los materiales empleados. En las mezquitas, la mayor parte de los daños se concentraron en los minaretes, elementos muy esbeltos y sin un adecuado diseño para resistir fuerzas sísmicas, lo que ocasionó muchos colapsos. Una situación similar ocurre en las iglesias mexicanas, cuyos elementos más vulnerables son los campanarios que, al ser muy altos y esbeltos, ante un fuerte sismo tienden a sufrir severos daños e incluso suelen colapsar.
Durante la visita se pudo constatar el daño a estructuras patrimoniales, como el Castillo de Gaziantep, cuyas murallas perimetrales sufrieron colapsos parciales y donde los taludes perimetrales también sufrieron deslizamientos. En esa misma ciudad, la mezquita Sirvani, construida en el año 677 de nuestra era también sufrió el colapso de su minarete. En la figura 5 se presenta el estado de la mezquita Divanlı de la ciudad de Kahramanmaras, como ejemplo de la arquitectura vernácula patrimonial afectada por los sismos.
Los daños ocasionados por la acción de un sismo en estructuras de mampostería son muy recurrentes y demuestran que, a pesar de existir un vasto conocimiento acerca de su comportamiento y modos de falla, no se implementan acciones que ayuden a incrementar su resistencia sísmica. En México, la mayoría de estructuras de este tipo difícilmente son evaluadas de forma anticipada para determinar su seguridad sísmica, y solo en algunos casos llegan a ser atendidas, cuando ya han sido afectadas por un sismo, con propósito de rehabilitarlas y reforzarlas. Por tanto, es indispensable emprender campañas de evaluación estructural que permitan determinar el grado de vulnerabilidad de estas y cualquier tipo de estructuras, para poder implementar medidas que ayuden a incrementar la resistencia sísmica y así evitar daños tanto a los edificios como a sus ocupantes. Por otra parte, es inevitable la autoconstrucción, ya sea porque es una costumbre o porque no se tienen los recursos para hacer proyectos formales. Sin embargo, deben buscarse medidas que permitan la capacitación técnica de quienes se dedican a esta actividad y así construir viviendas más seguras.
Aspectos geotécnicos
Los daños asociados a la licuación de arenas fueron los más ostensibles en lo que se refiere a los aspectos geotécnicos en Turquía. La licuación de arenas se manifestó en muchos sitios, principalmente de las regiones de Hatay-Paşaköy, Hatay-İskenderun, Adıyaman-Gölbaşı y Adıyaman-Türkoğlu. En el campo libre, se manifestó a través de emisiones de material granular, hundimientos del terreno y desplazamientos laterales en sitios con pendientes ligeras, principalmente cerca de las costas, como se ilustra en la figura 6, la cual muestra evidencia de desplazamientos laterales en una zona costera con la aparición de grietas de superficie en pavimentos.
La licuación total de una arena implica su incapacidad absoluta de resistir esfuerzos cortantes y, aunque eso ocurra temporalmente, por segundos o decenas de segundos, el fenómeno da lugar a fallas catastróficas de decenas de edificios. En muchos casos no se desarrolló la licuación total sino solamente excesos de presión de poro, los cuales, al reducir los esfuerzos efectivos actuantes, redujeron asimismo la capacidad de carga del terreno, lo cual se tradujo en que muchos edificios se inclinaran peligrosamente o se hundieran y provocaran daños en la superestructura. En la figura 7
se presenta una fotografía que muestra daños en banquetas provocados por la licuación de arenas, así como asentamientos en un edificio contiguo. Al parecer, la esbeltez de muchos edificios pudo haber influido en la aparición de inclinaciones permanentes, o eventualmente, en casos extremos, en el volcamiento total de los edificios, ante una reducción aun parcial de la capacidad de carga del terreno granular y saturado. Este interesante aspecto merece estudios posteriores, pues en la visita de esta delegación fue posible constatar muchos de los daños referidos, principalmente en la región de Hatay-İskenderun, aunque también quedó claro que la evidencia de la licuación en el caso de muchos edificios demolidos quedó borrada y que también muchos de los sitios costeros que la experimentaron fueron reparados prontamente.
La bondad de las cimentaciones profundas con pilas o pilotes para evitar o mitigar considerablemente los efectos nocivos de la licuación de arenas fue evidente, al igual que el uso de aisladores sísmicos, como se pudo confirmar en al menos dos importantes hospitales. En Turquía es común cimentar los edificios de vivienda con zapatas aisladas desplantadas a poca profundidad, de lo cual se infiere que se diseñan considerando que los terrenos arenosos de desplante son capaces de proveer la capacidad de carga necesaria. Sin embargo, esta práctica los deja expuestos a sufrir los efectos nocivos de la licuación de arenas.
El temblor de Turquía también produjo fallas en taludes carreteros, tanto en cortes como en rellenos, algunos de consideración. Es altamente destacable la rapidez y la eficiencia con la que actuaron las autoridades turcas para restablecer la circulación en las vías de comunicación. También se identificaron algunos taludes de aproximación a puentes o pasos elevados, que se resolvieron con la técnica de tierra armada. En ninguno de estos se pudieron apreciar daños o signos de mal comportamiento; al parecer, no sufrieron daños, ni siquiera aquellos localizados cerca de la zona epicentral. Es importante revisar los métodos y procedimientos de diseño de estas estructuras empleados en Turquía para aprender de ellos. Algunas estructuras de retención, muros de gravedad de poca altura, sufrieron desplazamientos pero no indujeron inconvenientes de consideración para la operación de las vías de comunicación. A este respecto, también conviene revisar los aspectos organizativos que ejercieron las autoridades turcas para restablecer con tanta prontitud la operación de las vialidades.
Conclusiones
Durante la visita se hizo evidente la similitud en sistemas constructivos y retos en la implantación y observancia de normas y reglamentos de construcción entre nuestro país y Turquía. Como ya se mencionó, muchas de las fallas se debieron a los mismos factores que han conducido a situaciones iguales o parecidas en México, es decir, al no cumplimiento de normas, a errores de diseño y a deficiencias constructivas.
Sería conveniente establecer convenios de cooperación con las entidades académicas y gubernamentales turcas para revisar los aspectos normativos y las prácticas de diseño y construcción, a fin de establecer, por ejemplo, cuáles son las condiciones sismorresistentes de los edificios que no fallaron en Turquía en 2023, y en México en 1985 y 2017 para, a partir de esos estudios, derivar recomendaciones para mejorar la práctica.
Al igual que en Turquía, Japón, Chile, Nueva Zelanda y otros países, los efectos inducidos por la licuación de arenas han sido en ocasiones catastróficos, han costado centenas de vidas y han tenido enormes costos económicos. Urge emprender un esfuerzo de escala nacional, primero para detectar los sitios más expuestos a sufrir por este fenómeno y luego dedicar recursos para identificar y, en su caso, desarrollar métodos prácticos para prevenirlo o al menos para reducir sus efectos
Referencias
Ambraseys, N. (2009). Earthquakes in the Mediterranean and Middle East: A multidisciplinary study of seismicity up to 1900. Cambridge University Press.
France Press (2023). Earthquake hit one-fifth of Turkey’s food production: UN. Al Arabiya. France Press.
Gülerce, Z., et al. (2023). Preliminary analysis of strong ground motion characteristics, complementary material of Chapter 4 of METU/EERC Report.
Çetin, K. Ö., et al., Eds. (2023). Preliminary reconnaissance report on February 6, 2023, Pazarcık Mw=7.7 and Elbistan Mw=7.6, Kahramanmaraş-Türkiye Earthquakes. Report No. METU/EERC 2023-01. Earthquake Engineering Research Center. Middle East Technical University.
Reséndiz, D. (2005). El sismo de 1985: de lo aprendido a su puesta en práctica. Memorias del Coloquio Conmemorativo “La ingeniería geotécnica a 20 años del sismo”. México: Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos.
