INGENIERÍA ESTRUCTURAL / EVALUACIÓN POSTSÍSMICA DE LA INFRAESTRUCTURA FÍSICA EDUCATIVA DE MÉXICO / SERGIO M. ALCO

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-20 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Distorsión (mm/mm) Envolvente de columna de puente de concreto reforzado Envolvente de columna de puente reforzada con fibra de carbono

Carga lateral (t)

Figura 7. Columna reforzada con fibras de carbono.

sufre un desplazamiento de rotación que es más grande que el ancho del apoyo. Para evitar la pérdida de apoyo se procede a su ampliación mediante ménsulas metálicas o de concreto, o bien, a la instalación de cables metálicos que restrinjan el movimiento longitudinal del puente.

Rehabilitación de la subestructura La rehabilitación de la subestructura se refiere principalmente al refuerzo de las pilas o columnas mediante encamisados de concreto, acero o fibras de carbono.

El encamisado de concreto incrementa la resistencia a flexión y cortante, además de proveer mayor ductilidad. Éste consiste en la colocación de una capa extra de concreto en la pila, para lo cual es previamente limpiada y preparada; posteriormente se coloca el concreto con aditivos para acelerar su curado y aumentar la adhesión al concreto original.

El encamisado metálico ofrece rigidez y resistencia adicional a las pilas. Su procedimiento constructivo consiste en soldar verticalmente en sitio dos mitades de revestimiento de placas de acero; se deja un pequeño espacio entre el encamisado y la columna para depositar la lechada de cemento.

El encamisado a base de fibras de carbono se acopla a cualquier geometría de la sección de la pila, y su colocación es más rápida en comparación con los otros esquemas de refuerzo; este sistema provee mayor confinamiento a las pilas y con ello incrementa la capacidad de ductilidad y mitiga la falla por cortante (véase figura 7).

Conclusiones

En este artículo se propuso un programa para el mantenimiento y rehabilitación de la red de puentes del país, con base en la implementación de un SAP en el que se integran todas las acciones necesarias para asegurar que el puente cumpla con el propósito para el que fue proyectado.

La periodicidad de inspección de los puentes no debe ser superior a cinco años, a fin de tomar medidas preventivas ante posibles complicaciones que pongan en riesgo su funcionalidad o seguridad estructural. El procedimiento basado en conceptos de vulnerabilidad estructural es una herramienta de gran utilidad para elegir el tipo de intervención, que puede ser mantenimiento o rehabilitación; para cada uno de ellos se dispone de diferentes técnicas que pueden aplicarse a la superestructura y a la subestructura de un puente

Referencias

Carrión, F. J., J. A. Quintana, J. A. López, A. Balankin y D. Samayoa (2006).

Metodologías de inspección no destructivas aplicables a sistemas de gestión de puentes. Publicación Técnica núm. 302: 2-3. Instituto Mexicano del Transporte. Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Hardin, J. E., G. A. R. Parke y M. J. Ryall (1990). Bridge management: Inspection, maintenance, assesment and repair. Londres: Chapman &

Hall. Universidad de Surrey. Imhof, D. (2004). Risk assessment of existing bridge structures”. Tesis de doctorado. Universidad de Cambridge. Parke, G., y N. Hewson (2008). ICE Manual of Bridge Engineering. ICE Manuals. Londres: Institution of Civil Engineers. Rivera-Vargas, D. (2007). Evaluación simplificada de la vulnerabilidad sísmica de puentes urbanos. Cuaderno Investigación 51. México: Centro

Nacional de Prevención de Desastres. Secretaría de Gobernación. Rivera-Vargas, D., y L. Núñez (2016). Vulnerabilidad estructural de puentes por socavación. Memorias del XX Congreso Nacional de Ingeniería

Estructural. Mérida: Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural. Ryall, M. J. (2001). Bridge management. Oxford: Butterworth-Heinemann.

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Evaluación postsísmica de la infraestructura física educativa de México

Como resultado de las lecciones aprendidas tras los sismos de septiembre de 2017, el Instituto Nacional de la Infraestructura Física Educativa, en liquidación (Inifed), decidió elaborar una metodología de evaluación postsísmica de la seguridad estructural de las escuelas, para lo cual solicitó la colaboración del Instituto de Ingeniería de la UNAM.

SERGIO M.

ALCOCER MARTÍNEZ DE CASTRO

Ingeniero civil y doctor en Ingeniería. Investigador del II. Miembro del Comité Asesor en Seguridad Estructural del DF y presidente del Comité Científico Asesor en Sismos y Resiliencia de la Ciudad de México.

RUBÉN

BAUTISTA MONROY

Ingeniero civil. Becario del II. Coautor de la serie “Evaluación postsísmica de la infraestructura física educativa de México". Labora en proyectos de evaluación y revisión estructural de edificios escolares.

GIANELLA A.

VALENCIA RONQUILLO

Ingeniera civil con maestría en Ingeniería. Estudiante de doctorado en el área de estructuras en el II UNAM. Para la correcta aplicación de la metodología de evaluación postsísmica se elaboraron tres documentos: 1) metodología de evaluación postsísmica de la infraestructura física educativa de México (vol. 1) (Inifed, 2020a), que se aborda aquí; 2) un informe introductorio al comportamiento sísmico de las estructuras, de los elementos no estructurales y de los peligros y fallas de origen geotécnico (vol. 2) (Inifed, 2020b); y 3) un manual de campo (Inifed, 2020c).

Estos documentos, en conjunto, facilitarán la aplicación de la metodología de una manera uniforme e integral en los planteles del sistema educativo nacional, propiedad del Estado y de particulares, expuestas a peligro sísmico. Además, sirve de base técnica para la implantación de una estrategia nacional de incremento continuo de la seguridad sísmica de las escuelas con visión preventiva y de largo aliento.

La metodología puede ser aplicada en todo tipo de edificaciones, como viviendas o edificios de uso comercial, en cualquier lugar del país. Incluso es aplicable a edificaciones sin daño en las cuales se requiera una estimación de su resistencia a fuerzas inducidas por sismo.

Propósito, alcance y limitaciones

Tras la ocurrencia de un sismo, es necesario inspeccionar los edificios para definir el estado de su seguridad e integridad estructural y poder comunicarlo a la comunidad escolar. En las horas y días siguientes al fenómeno se requiere determinar si la infraestructura se puede utilizar como albergue para que, en su caso, las autoridades de protección civil tomen las medidas pertinentes. También es útil para detectar aquéllas con daño suficiente, en extensión y severidad, que las obligue a ser estudiadas con más detalle y, eventualmente, sean rehabilitadas para recuperar y aumentar su seguridad sísmica. De igual forma, es imprescindible para contar con información que permita establecer la posibilidad de demoler una estructura por ser considerada en peligro inminente de colapso.

Los procedimientos incluidos en la metodología pretenden lograr uniformidad en la clasificación del daño de los edificios. De este modo, se aspira a que, si dos inspectores de daños revisan un mismo edificio, ambos coincidan en la clasificación del nivel de daño y en la decisión sobre su posible ocupación y uso.

En el diseño y contenido de la metodología se tomó en cuenta la opinión de ingenieros y arquitectos de distintas entidades federativas que han participado en inspecciones de escuelas, especialmente del Inifed y de las autoridades locales educativas. Asimismo, se revisaron las experiencias en otros países, entre ellas las de Estados Unidos, Grecia, India, Japón, Nueva Zelanda y Turquía.

A partir del estudio de las experiencias internacionales, se concluyó que la metodología fuera de tipo multinivel, constituida por tres niveles de evaluación que se aplicarían secuencialmente en fases y momentos distintos después de un sismo. El alcance de la metodología comprende los niveles 1 y 2. Los detalles para realizar una evaluación de nivel 3, propios de una evaluación profunda, se encuentran en el documento “Rehabilitación sísmica de la infraestructura física educativa de México. Guía técnica”, también desarrollada por el II UNAM en colaboración con el Inifed (Inifed, 2020d).

La metodología está elaborada para servir, además, como un documento de consulta y estudio anterior a la ocurrencia de un sismo. Por tanto, puede ser de utilidad para formar y entrenar inspectores de daños o ayudantes de inspector de daños, así como para certificar inspectores de daños, de conformidad con las reglas que establezca el Inifed o las autoridades locales educativas. También puede emplearse para la planeación y organización de simulacros, con objeto de observar,

Tabla 1. Métodos, niveles de evaluación, fase de aplicación, brigadas y personal necesario, metas, duración estimada y responsable del costo y logística

Método, nivel de evaluación y fase de aplicación Brigadas y personal necesario Objetivos Alcance y duración estimada Responsable del costo y logística

Reconocimiento preliminar, fase de auxilio Horas después del sismo. Brigada de reconocimiento integrada por dos inspectores de daños. Idealmente, un técnico de la autoridad local educativa y un ingeniero estructural. Identificar la extensión del daño dentro de una comunidad y de las áreas con daños más severos. Estimar el número de edificios que son evidentemente inseguros y la extensión de otras condiciones que son claramente inseguras. Recorrido terrestre (en auto o caminando) o aéreo (usando drones). Si es posible, se levanta video y se marcan los edificios dañados. Normalmente toma 4 horas. En ocasiones toma hasta 8 horas. Autoridades locales o federales.

Método evaluación rápida, nivel 1, fase de auxilio Horas y días después del sismo Brigada de Inspección integrada por: • Al menos, dos inspectores de daños calificados, o ingenieros civiles/estructurales o arquitectos. • Un integrante no técnico (trabajador social, psicólogo, sociólogo, antropólogo, maestro de escuela, etc.). • Ayudantes de inspector de daños, si es el caso, siempre que hayan sido capacitados en la metodología del documento. • Si se sabe de daños causados por peligros de origen geotécnico, se debe incorporar en la brigada un ingeniero geotecnista, de preferencia, o geólogo. Evaluación rápida de la seguridad. Útil para identificar los edificios claramente inseguros y los visiblemente seguros. Énfasis en la seguridad de la población y en informar a la comunidad educativa sobre el uso de los edificios. Entre 20 minutos y 2 horas por edificio. Autoridades locales o federales.

Método de evaluación intermedia, nivel 2, fase de recuperación Días después del sismo Brigada de Inspección integrada por: • Al menos, dos ingenieros estructurales o arquitectos calificados. • Ingenieros geotecnistas o geólogos, si se requiere

Ayudantes de inspector de daños, si es el caso, siempre que hayan sido capacitados en la Metodología del documento. Evaluación minuciosa del sistema estructural y del daño. Útil para clasificar el daño y uso de la estructura, así como para estimar la seguridad de la estructura ante fuerzas laterales inducidas por sismo. 1 a 4 horas por edificio. Se requiere tiempo adicional para realizar los cálculos para la estimación de la seguridad estructural ante fuerzas laterales inducidas por sismo. Autoridades locales o federales.

Evaluación especial de escuelas, fase de auxilio y recuperación Horas y días después del sismo Brigada de Inspección integrada por: • Al menos, dos ingenieros estructurales o arquitectos calificados. • Ingenieros geotecnistas o geólogos, si se requiere.

Un integrante no técnico (trabajador social, psicólogo, sociólogo, antropólogo, maestro de escuela, etc.). • Ayudantes de inspector de daños, si es el caso, siempre que hayan sido capacitados en la metodología del documento. Mismos de evaluación rápida y evaluación intermedia. 1 a 4 horas por edificio. Se requiere tiempo adicional para realizar los cálculos para la estimación de la seguridad estructural ante fuerzas laterales inducidas por sismo. Autoridades locales o federales.

Método de evaluación profunda, nivel 3, fase de reconstrucción Semanas y meses después del sismo Ingenieros estructurales. Ingenieros geotecnistas o geólogos, si se requiere. Investigación profunda del edificio dañado. Implica la evaluación numérica detallada, diseño de la rehabilitación temporal y permanente, nuevos planos de construcción. Una semana o más por edificio. Propietario del inmueble.

probar y corregir la respuesta de brigadas de inspección previamente establecidas y entrenadas. Actualmente se trabaja en el proceso de capacitación de los inspectores de daños que usen esta metodología.

En el capítulo 3 del documento (Inifed 2020a) se describen los principales modos de comportamiento y tipos de daño por sismo de edificios escolares, con énfasis en los construidos siguiendo los prototipos del Comité Administrador del Programa Federal de Construcción de Escuelas (CAPFCE) y del propio Inifed. Se explican los sistemas estructurales característicos en las escuelas de México. Se detallan los daños por golpeteo entre edificios adyacentes y por irregularidades, así como los modos de comportamiento y tipo de daño más comunes en los elementos estructurales: vigas, columnas, uniones viga-columna, muros, losas y cimentaciones.

Visión general de la evaluación postsísmica de escuelas

Cuando ocurre un sismo, la población demanda de las autoridades locales y federales información objetiva y confiable sobre la posibilidad de usar los edificios. Ante la frecuente saturación de las capacidades de las autoridades para inspeccionar y evaluar edificios, es indispensable contar con procedimientos de evaluación de la seguridad estructural que puedan ser aplicados por el personal disponible durante la fase de auxilio.

Figura 1. Aviso amarillo con la leyenda “Acceso y Uso Restringidos” y aviso rojo con la leyenda “Acceso Prohibido”.

El sistema de evaluación postsísmica de escuelas comprende tres métodos, detallados en el capítulo 4 (Inifed, 2020a) (véase tabla 1): • Método de evaluación rápida (MER), o evaluación de nivel 1, que se aplica en la fase de auxilio del ciclo de emergencias/desastres. • Método de evaluación intermedia (MEI) o evaluación de nivel 2, que se realiza cuando se requiere determinar, de manera aproximada, la seguridad estructural una vez realizada la evaluación rápida. Este nivel de evaluación se aplica en la fase de recuperación del ciclo de emergencias/desastres. Se puede aplicar en estructuras sin daño, antes de la ocurrencia de un sismo para fines preventivos. • Método de evaluación profunda (MEP) o evaluación de nivel 3, que se realiza con objeto de estudiar la estructura con detalle. Frecuentemente, el trabajo implica el diseño del apuntalamiento o arriostramiento mientras se diseña la rehabilitación. En el documento “Rehabilitación sísmica…” citado se encuentran los requisitos que deben cumplirse en la evaluación profunda.

El resultado de la aplicación del MER es definir la posibilidad de ocupar el edificio para el tipo de uso que tenía antes del sismo. Una vez establecida esta posibilidad, se asigna el Aviso de la Seguridad Estructural y Uso del Edificio Escolar (véase capítulo 4 de Inifed, 2020a). En esta metodología se ha optado por un sistema de semáforo compuesto de tres colores (verde, amarillo y rojo). Este sistema se adoptó a partir de la experiencia adquirida en evaluaciones del daño de escuelas, hospitales, edificios de uso habitacional y comercial, principalmente, tras sismos recientes, con algunas particularidades mencionadas en seguida.

El aviso se debe colocar en un lugar visible para la comunidad escolar. Cada edificio del plantel deberá contar con su aviso correspondiente; con esto se pretende que los propietarios, ocupantes y el público en general sepan si el inmueble inspeccionado es seguro para ser ocupado y ser usado. Se recomienda que se coloque en la puerta de entrada al plantel educativo un resumen de avisos, de modo que no sea necesario que la comunidad escolar tenga que ingresar a él para conocer el estado de las estructuras. Adyacente al resumen de avisos, se colocará un croquis de áreas restringidas.

El aviso de color verde con la leyenda “Uso Permitido” se colocará cuando el edificio sea visiblemente seguro. El aviso amarillo con la leyenda “Acceso y Uso Restringidos” se colocará cuando existan dudas sobre la seguridad de la estructura y, por tanto, se deba limitar el acceso, ocupación y uso del edificio para evitar riesgos a los ocupantes. El aviso rojo con la leyenda “Acceso Prohibido” se colocará cuando la estructura sea evidentemente insegura para ingresar a ella, o para ser ocupada o usada. Es importante resaltar que este aviso no es una orden de demolición, y esto se hace explícito en el propio aviso.

Si es necesario, se deberán marcar las zonas con caídos o con peligro de caídos y desprendimientos de elementos no estructurales. Estas “Áreas Inseguras” se deben delimitar mediante cintas plásticas y, si se considera conveniente, se podrán usar avisos del tipo “Acceso Prohibido” para evitar ser traspasadas.

Breve descripción de la metodología

En el capítulo 5 del documento se describen los objetivos, características, procedimiento y criterios del MER. El propósito es inspeccionar y evaluar los edificios escolares de la manera más rápida posible y con la menor cantidad de inspectores de daños, en horas y días siguientes al sismo. Con la aplicación del método de evaluación rápida se pretende resolver la pregunta

sobre si se puede usar el edificio evaluado y, por tanto, comunicarse así a la comunidad escolar. La duración de la evaluación rápida será de entre 20 minutos y 2 horas por edificio, aproximadamente, dependiendo del tamaño y complejidad de éste.

El enfoque seleccionado para el MER permite aprovechar las capacidades del número limitado de ingenieros estructurales para evaluar escuelas que requieren una revisión visual más amplia y un conocimiento profundo de la ingeniería estructural. El MER está diseñado para ser aplicado por personas con al menos cinco años de experiencia en diseño, construcción o inspección de edificios. El MER debe ser aplicado por inspectores de daños avalados por el Inifed y por las autoridades locales educativas; los inspectores de daños podrán ser empleados de estas entidades y voluntarios que sean miembros de colegios de profesionistas, sociedades técnicas e instituciones de educación superior que hayan sido capacitados en la metodología.

Normalmente sólo se inspecciona el exterior del edificio, para maximizar el número de inspecciones después de un sismo y salvaguardar la integridad física de las brigadas de inspección. De manera extraordinaria se podrá acceder al edificio, si es seguro. Si se requiere realizar una evaluación interna, ésta puede ser tan sencilla como observar a través de las ventanas.

El capítulo 6 integra los objetivos, características, procedimientos y criterios del MEI. Éste se aplica en días o semanas posteriores a la realización del MER, a edificios escolares que han sido clasificados con un aviso amarillo de “Acceso y Uso Restringidos” o con un aviso rojo de “Acceso Prohibido”, tras habérseles aplicado el MER.

Los objetivos son confirmar, y en su caso modificar, el tipo de aviso colocado tras la evaluación rápida y evaluar, de manera aproximada, la seguridad estructural ante fuerzas laterales inducidas por sismo del edificio y recomendar acciones futuras.

A diferencia del MER, en el que no se pretende definir niveles de daño sino las posibilidades de ocupación, con la aplicación del MEI se podrá identificar el nivel de daño de los elementos y de la estructura. Esta información es útil para fines estadísticos y de aseguramiento, y para planear la fase de reconstrucción, de acuerdo con los requisitos del Fondo de Desastres Naturales (Fonden) o del instrumento que eventualmente lo sustituya.

El MEI consiste en calcular, de manera aproximada, la seguridad estructural ante fuerzas laterales. Para ello se revisan los distintos modos de falla que se pueden presentar en una estructura sujeta a sismo. Mediante la comparación entre modos de desplazamiento y de falla, se puede determinar el entrepiso más crítico del edificio, así como el orden de prelación en que pueden ocurrir los modos de comportamiento. El modo de comportamiento asociado a la menor resistencia lateral será el que tenga mayores probabilidades de ocurrir en la estructura. La resistencia así calculada se compara con la demanda sísmica, según la zona y tipo de suelo, lo que facilita definir el nivel de atención prioritaria (NAP). En Inifed (2020a) se incluye una tabla sobre las medidas a tomar para distintos NAP. Mientras mayor sea el riesgo de la estructura (es decir, mayor sea la diferencia entre la demanda y la resistencia), más urgente será la intervención en el edificio.

De manera excepcional, el MEI se puede aplicar simultáneamente al MER como parte del proceso de evaluación especial de escuelas (EEE). La decisión de hacerlo dependerá de la ubicación y accesibilidad de la escuela, la disponibilidad de ingenieros con conocimientos de ingeniería estructural en las brigadas, del tiempo para revisar la escuela con más detalle (durante 1 a 4 horas), así como de la extensión y gravedad del daño en otras escuelas por evaluar. Así, si la escuela está muy alejada de los principales centros de población, puede ser conveniente aplicar el MER y el MEI de manera simultánea.

El capítulo 7 está destinado a las estructuras de adobe, mampostería simple, mampostería confinada y mampostería reforzada interiormente. Se incluyen las

Figura 2. Primera página del Formato de Evaluación Rápida.