Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural WILMA ... · Fig.3, los tipos de daños y fallas de...

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WILMA: ENSEÑANZA PARA EL DISEÑO ANTE VIENTO DE HURACÁN CON GRAN

CAPACIDAD DE DAÑO

Oscar López Bátiz1, Darío Rivera Vargas1 y Leonardo Flores Corona1

RESUMEN Los efectos directos e indirectos causados por fenómenos meteorológicos repercuten en una gran cantidad de pérdida de vidas humanas y daños materiales, que superan ampliamente los daños generados por la conjunción de cualquier otro tipo de evento natural. El presente trabajo se centra en el huracán Wilma, el cual se mantuvo más de 50 horas sobre impactando la costa Este de la península de Yucatán, afectándola con vientos máximos sostenidos propios de huracán categoría III en la escala Saffir-Simpson. Como se ha caracterizado en el pasado reciente, la conjunción de ser catalogado como huracán y mantener una velocidad de traslación baja provocó que se presentaran vientos fuertes durante largos periodos de tiempo. Esta característica hace de Wilma un huracán comparativamente con mayor capacidad de daño que otros eventos de la misma naturaleza.

ABSTRACT The direct and indirect effects made by meteorological phenomena signify a large loss of human life and material damages that largely overcome the damages made by the conjunction of another types of natural events. In this study, the hurricane, Wilma, is focused, which attacked the East cost of the Yucatán peninsula during more than 50 hours sustaining the maximum winds proper to hurricane of the category III by the Saffir-Simpson scale. Unlike others, this hurricane, which kept a low velocity of movement in a topographically plain region, provoked strong winds during a long time. This character makes Wilma a large damage making hurricane compared to the others events of the same nature.

INTRODUCCIÓN Del 21 al 24 de octubre de 2005, la región Este de la península de Yucatán fue azotada por un huracán de gran capacidad destructiva: Wilma. La depresión tropical No.24 del Atlántico se generó a partir de una onda tropical el 15 de octubre; su región ciclogenética fue el Mar Caribe, con vientos máximos sostenidos de 35 km/h y rachas de 65 km/h. Durante el día 18, la ya denominada tormenta tropical “Wilma” avanzó hacia el Noroeste y por la tarde, cuando se encontraba al Este-Sureste de Punta Allen, Quintana Roo, se intensificó a huracán, alcanzando la categoría II en la escala de Saffir-Simpson al final del día. (Servicio Meteorológico Nacional, SMN, 2005). El día 20 en la madrugada, cuando el centro del huracán se encontraba a 305 km al Este-Sureste de Punta Allen, “Wilma” alcanzó la categoría IV en la misma escala, presentando vientos máximos sostenidos de 240 km/h y rachas de 295 km/h. El 21 por la mañana el meteoro avanzó sobre la isla de Cozumel, manteniéndose como huracán categoría IV, aproximadamente a las 20:30 horas del mismo 21 de octubre tocó tierra en Puerto Morelos, Quintana Roo, con vientos máximos sostenidos de 220 km/h, y rachas de 270 km/h. Durante el día 22 de octubre, se detectó errático y lento sobre tierra, lo que originó que cambiara a categoría III de la escala de Saffir-Simpson con vientos máximos sostenidos de 205 km/h y ráfagas de 250 km/h. Durante el resto del día, el centro de “Wilma” se desplazó sobre tierra con rumbo Norte, manifestando una reducción en su energía, cambiando su categoría a nivel II, estando aproximadamente a 20 km al Oeste de Cancún, Quintana Roo. A las 19:00 horas del mismo 22 de octubre, el meteoro salió al mar del Golfo de México, sobre Cabo Catoche, Quintana Roo (Servicio Meteorológico Nacional, SMN, 2005). Después de impactar en tierra el día 21, los efectos de huracán de “Wilma” se mantuvieron alrededor de 51 horas sobre el estado de Quintana Roo, en la Península de Yucatán principalmente, afectando a toda la zona

XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2006

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costera del Este de la península con vientos máximos sostenidos propios de huracán superiores a 120 km/h. Durante su trayecto sobre tierra, “Wilma” se mantuvo como huracán prácticamente las 51 horas, y a diferencia de otros fenómenos de esta misma naturaleza, la conjunción de la incidencia de un huracán con un alto potencial destructivo y con una velocidad de traslación extremadamente baja, en una región con orografía prácticamente plana, provocó que gran parte de la región afectada de la península de Yucatán estuviera sujeta a vientos fuertes (por ejemplo, superiores a los vientos para diseño en el Distrito Federal) durante un largo periodo de tiempo (alrededor de 51 horas). Esta característica de “Wilma” probablemente lo hace uno de los huracanes con mayor capacidad de destrucción y daño, junto con meteoros como “Gilbert, en 1988” e “Isidoro, en 2002”, generando inundaciones y pérdidas en el hato ganadero y la producción agrícola, así como en los sistemas de infraestructura eléctrica y telefónica, al mismo tiempo que un gran nivel y densidad de daño en vivienda e infraestructura turística. En este trabajo se presentan comentarios sobre el comportamiento de estructuras para edificaciones en general, de igual manera que sobre el comportamiento de la infraestructura urbana y turística, durante la incidencia del huracán Wilma en la costa Este de la península de Yucatán. La finalidad es proporcionar información para llegar a una mejor comprensión del tipo de configuración y detallado que deberá tener este tipo de estructuras para lograr niveles de seguridad adecuados ante el embate de un evento de esta naturaleza. Se expone un recuento de los daños típicos provocados por el meteoro en diferentes zonas del estado de Quintana Roo, tratando de ilustrarlos de manera gráfica y lo más extensa posible. Se hace una breve descripción de la ubicación de la región afectada, la cual cuenta con una parte importante de la infraestructura de la industria del turismo en México. Región que en los años 1988 con el huracán “Gilbert”, y 2002 con el huracán “Isidore”, se vio sujeta a niveles y densidades de daño que afectaron de manera significativa a dicha infraestructura, tanto de la iniciativa privada como del sector estatal y federal, de igual manera que afectó al patrimonio de las familias; aspecto que se volvió a presentar en el año 2005 con la incidencia del huracán “Wilma”.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL VIENTO DURANTE ESTE METEORO Con vientos del orden o superiores a los reportados para diseño en los manuales correspondientes (Manual de Diseño de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, 1993), durante tiempos prolongados (para la región de Cancún, SMN, 2002), Wilma causó daños económicos superiores al millardo de pesos (Novedades de Cancún, 2005). Desquició las actividades de toda índole en el estado de Quintana Roo, generando daño en instalaciones eléctricas, industriales y turísticas. Los vientos y lluvias perjudicaron seriamente la producción agrícola, y en grandes extensiones la vegetación fue arrasada generando la posibilidad de incendios en la temporada de sequía. En el caso del huracán Wilma, se presentó una velocidad promedio de traslación del orden de 8 a 10 km/h, considerablemente inferior a la media reportada en textos, y velocidades de viento considerablemente altas, del orden de 200 km/h. Este fenómeno característico de Wilma, altas velocidades de viento con una velocidad excepcionalmente baja de traslación del sistema, provocó que los efectos de la energía de movimiento de la masa de viento incidieran durante periodos largos en las estructuras naturales y artificiales que se encontraban en la región. Este hecho junto con las ráfagas, que se presentan con velocidades del orden de 25 a 30% superiores a la velocidad sostenida, es lo que puede considerarse como el motivo principal de la ocurrencia de grandes daños en la región. A diferencia del daño generado por otros meteoros (por ejemplo, Gilbert en 1988), donde las velocidades sostenidas de viento registradas o calculadas durante el evento resultan superiores a las reportadas durante Wilma, los daños por este meteoro se pueden asociar a la permanencia prolongada de vientos sostenidos. En la Fig.1 se presenta la trayectoria del evento en el Mar Caribe y el Golfo de México. En la figura, se aprecia que solamente la vecindad de Cancún en la península estuvo bajo el paso del meteoro, estando la región sujeta a velocidades de viento del orden del doble de las empleadas para diseño de estructuras en el Distrito Federal durante al menos 24 horas. En la Fig.2 se presenta una relación de las velocidades máximas sostenidas de viento reportadas, conjuntamente con las velocidades de traslación media, durante los eventos de mayor relevancia que en los

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últimos siete años han impactado las costas de la República Mexicana. En la figura se identifica claramente que los huracanes Isidore (2002) y Wilma (2005) presentan velocidades máximas excepcionalmente altas, y velocidades de traslación significativamente bajas.

Figura 1 Trayectoria del huracán “Wilma” UW-CIMMS (SMN 2005)

Figura 2 Valores máximos de las velocidades sostenidas de viento y velocidades promedio de traslación para diferentes eventos desde 1998

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Huracán Wilma (2005)

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De la figura se identifica que la velocidad máxima sostenida durante la incidencia del huracán Wilma, supera del orden del 30% los valores recomendados para diseño en la región considerando periodos de retorno de 100 años. También los valores de velocidad sostenida durante el evento, superan a los valores de diseño para periodos de retorno de 200 años. En relación con este aspecto durante el huracán Isidoro (2002) también se presentaron valores de velocidad sostenida superiores a los correspondientes a periodos de retorno de 100 y 200 años; esto implica que se han presentado velocidades de viento máxima sostenida propias de periodos de retorno de 200 años, en un periodo de tres años, lo cual es indicativo de la necesidad de actualizar los estudios estadísticos tanto al nivel de velocidad máxima sostenida para diseño, como al periodo de retorno correspondiente. Aunado a lo anterior, de la gráfica inferior de la misma Fig.2 se identifica que la velocidad de traslación del meteoro resultó del orden del 70% menor que los valores reportados para este tipo de eventos en diferentes referencias.

DAÑOS GENERADOS POR EL EFECTO DEL VIENTO Los vientos que el huracán “Wilma” presentó en las zonas cercanas a su trayectoria causaron daños importantes. No sólo resultaron afectadas las estructuras con grandes áreas expuestas, debido a los vientos intensos, sino también la vegetación fue derribada en grandes extensiones. Como en cualquier otro fenómeno de esta naturaleza, los daños se concentraron en anuncios comerciales (también conocidos como espectaculares), los postes de las líneas de transmisión eléctrica y de telecomunicaciones, en las láminas de las cubiertas de estructuras del tipo de nave industrial y en las viviendas, estas últimas principalmente en la zona rural. En cuanto a los daños en edificación resalta el hecho de que se presentaron problemas de consideración en elementos estructurales y no-estructurales en inmuebles destinados a centros comerciales. En los siguientes acápites se hace una descripción general de los daños, se discierne sobre el origen de los mismos, así como sobre las medidas preventivas para reducir su vulnerabilidad. DAÑOS EN INFRAESTRUCTURA URBANA Una peculiaridad de los daños generados por el huracán Wilma fue la gran cantidad y consistencia de daño en los postes para transmisión de energía eléctrica, tanto de baja como de alta tensión. Como se observa de la Fig.3, los tipos de daños y fallas de los postes de concreto resultaron básicamente producto de la insuficiente capacidad ante la demanda de flexión en la base del poste empotrado en le suelo. Los postes de concreto presentan una sección transversal octagonal, con un hueco circular en el interior y varilla de refuerzo distribuido uniformemente en toda la periferia de la sección. La sección transversal presenta el diámetro exterior en la sección crítica (sujeta al momento máximo demandado) de 34 cm, el diámetro interior de 25 cm, y la ubicación del acero de refuerzo longitudinal tiene un recubrimiento externo de 6 cm (por lo que el recubrimiento interno resulta de 3 cm). Presenta como acero de refuerzo lateral un espiral de 3 mm de diámetro con separación de 5 cm. La sección transversal de los postes varía, reduciéndose con la altura. La cimentación de los postes tiene la misma configuración en sección que el resto del poste, y para empotrarlo en el suelo, se hinca una profundidad que varía de 150 a 180 cm. La mayoría de los daños en este tipo de postes se presentó en lo que se puede definir como la sección crítica. Se observó que la mayoría de los postes dañados eran relativamente nuevos, y que presentaba una sección transversal del orden de 20% menor que la de los postes de la región centro de la República y de los postes antiguos de la misma península de Yucatán. En la mayoría de los postes observados con falla no se pudo determinar que presentaran algún proceso de intemperización en el acero de refuerzo, por lo que se afirma que el daño o falla es producto únicamente de la baja resistencia de la sección transversal crítica a momento flexionante; o bien, a una inadecuado procedimiento de evaluación de la demanda de las fuerzas laterales, que afectaron a la estructura del poste durante el tiempo que estuvo sujeto al efecto de vientos fuertes. Otro tipo de postes que presentaron daños generados por el huracán Wilma, en los que también se observó una gran densidad y consistencia de daño, fue en los postes de infraestructura urbana para iluminación. Como se observa de las Figs.4 y 5, los tipos de daños y fallas de los postes resultaron variados, desde fallas por una profundidad insuficiente de la estructura o dado de cimentación del poste, lo cual se justifica por la poca profundidad a la que se encuentra la primer capa de caliza de gran dureza en prácticamente toda la superficie

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de la península, hasta fallas de tipo frágil por flexión a diferentes alturas del poste, siendo la mayoría en la base de los mismos. El fenómeno de baja resistencia a flexión en la base se debe a problemas de comportamiento de la soldadura, lo cual se puede asociar a dos causas: a) pobre resistencia de la soldadura de unión entre el poste y la placa base, lo cual se puede relacionar a problemas como control de calidad inadecuado en el proceso de soldado, o baja calidad del material empleado para soldar, por ejemplo; y, b) por problemas de comportamiento de la soldadura ante un proceso dominado por la fatiga.

Figura 3 Fallas en postes de concreto

Figura 4 Fractura en la base de postes de iluminación de sección cuadrada En relación con los postes para transmisión de energía eléctrica de alta tensión se presentó una densidad de daño entre el 30 y 50%, según información proporcionada por las cuadrillas de trabajadores de la CFE que se encontraban en labores de restitución de las líneas de transmisión. Este tipo de postes, llamados “troncocónicos”, están constituidos por tres segmentos tubulares de acero, con sección transversal dodecagonal (Fig.6), los cuales se unen por medio de soldadura de filete hecha en campo, con un traslape de 70 cm entre elementos. Las características generales de las secciones transversales de los postes son: 132 cm


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de diámetro exterior en la base, la sección está constituida con placa de 1/2 pulgada de espesor; la sección se reduce con la altura, alcanzando en la parte superior del poste un diámetro exterior de 20 cm, con un espesor de placa de 1/4 de pulgada.

Figura 5 Falla por volteo del bloque de cimentación de un poste

Figura 6 Falla y detalles de la zona de la falla en torres de transmisión de energía eléctrica

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El daño en este tipo de postes, en su totalidad, se concentró en las zonas de traslape de los segmentos componentes, principalmente entre el primer y segundo segmento, contados a partir de la base del poste (Fig.6). Como se puede identificar de la figura, la cimentación de estos postes se logra con un dado circular de concreto reforzado, en el cual se ahoga parte del poste metálico. El dado, o bien, la longitud ahogada del tubo en el concreto, es de 280 cm, por lo que el dado de cimentación presenta aproximadamente 120 cm sobre el terreno natural, y el resto, aproximadamente 160 cm, está “ahogado” en el terreno. Durante la visita de campo se pudo constatar que los postes serían restituidos con elementos de mayor robustez, los espesores de placa se incrementaron respetando las dimensiones externas de los segmentos, y la solución para la cimentación varió considerando ahora una placa base y barras de anclaje para la fijación del poste en el dado de cimentación, el cual estará enterrado totalmente en el suelo de desplante. En relación con la nueva propuesta de cimentación, se debe hacer la mención de que las barras de anclaje son lisas y rectas, por lo que la resistencia de adherencia entre éstas barras y el concreto del dado de cimentación, que es el mecanismo por que cual se transmite la demanda de fuerza de tensión producto del momento de volteo en la sección crítica de la base, se reducirá drásticamente. Se recomienda la revisión de la capacidad a momento de volteo de esta solución de anclaje y cimentación, tomando en cuenta, como se menciona en otra parte de este mismo estudio, que algunas estructuras de anuncios espectaculares fallaron en la base de los mismos por insuficiencia en la resistencia de adherencia de las barras de anclaje. Se puede concluir que, en general, los niveles de daño y la densidad del mismo en los postes, de diferentes tipos, usados en la zona de Cancún, ante la incidencia de los vientos fuertes provocados por el huracán Wilma, resultan con características similares y del mismo orden de los reportados para los mismos elementos durante la incidencia del huracán Isidore en el estado de Yucatán en el año 2002 (López et al, 2002). Otro tipo de estructuras que generalmente resultan vulnerables ante la incidencia de viento son las cubiertas de las estaciones de abastecimiento de gasolina. Como se presenta en las Figs. 7 y 8, este tipo de estructuras es vulnerable por la gran superficie que presenta y el poco peso que tiene; constituyéndose en un obstáculo al flujo del viento que provoca gran turbulencia como se generaría en una placa dentro de un fluido (Rodríguez, 1976). Otro aspecto que provoca un alto grado de vulnerabilidad en este tipo de estructuras en regiones costeras como la de Yucatán, es la conjunción de la agresividad del medio ambiente y la ausencia de la cultura del mantenimiento en las edificaciones en general, ya que como se observa en la Fig.8, la estructura de cubierta de la gasolinera se desprendió del soporte, debido a la falla de los tornillos de anclaje en la parte superior de las columnas, en los que se observa un alto grado de corrosión.

Figura 7 Colapso del techo de gasolinera


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Figura 8 Desprendimiento de la cubierta de una estación de gasolina Se pudo identificar que la solución estructural a las estaciones de distribución y venta de gasolina en la zona de Cancún, difieren de la observada para el mismo tipo de estaciones en el estado de Yucatán afectadas por los vientos generados por el huracán Isidore. En el caso de Isidore, las columnas eran de acero, en prácticamente el 100% de las estaciones, y se fijaban por medio de anclas con rosca y placa base al dado o estructura de cimentación; esto generaba que el intemperismo afectara con mayor severidad a los elementos de anclaje generando la falla. Al modificar el concepto, proporcionando columnas de concreto y logrando que el anclaje, ahora solo de la estructura de la techumbre, se lograra en la parte superior de las columnas, se suponía que el efecto de la corrosión se vería reducido. De la Fig.8 se observa que en ambientes atmosféricos tan agresivos como los que se tienen en las zonas costeras, es importante hacer mención de que el hecho de modificar el sistema estructural para evitar o reducir el efecto del intemperismo sobre los elementos estructurales, no es un aspecto que por si solo reduce la vulnerabilidad de este tipo de estructuras; se deberá mantener un programa estricto de mantenimiento para evitar las fallas como las observadas en Cancún, y que se presentan en la Fig.8. En las Figs.9 a 11 se muestran algunos otros daños causados por vientos intensos. Se observó nuevamente una fuerte correlación entre el problemas y defectos de diseño, ausencia de programas de mantenimiento y daño en las estructuras. En la Fig.9 se identifica una problema de comportamiento por insuficiencia en el anclaje de la base al usarse barras lisas y rectas para tal efecto. En la Fig.10 se muestran dos anuncios espectaculares que fallaron por problemas de corrosión en diferentes componentes de la base. Por otro lado, en la Fig.11 se muestra un problema secundario originado por la falla total de las estructuras de los anuncios espectaculares: el daño generado en las edificaciones aledañas. En esta región, por las características de las actividades económicas, la densidad de este tipo de estructuras es alto, y su cercanía con las edificaciones para vivienda repercute en incrementar la vulnerabilidad del sistema infraestructura urbana – vivienda. Se identifica una relación entre la ausencia de información para diseño de todos los componentes de este tipo de estructuras, la ausencia o nula consideración de las normas, cuando existen, dentro de todo el proceso relacionado con la fabricación, diseño y construcción, con la densidad y niveles de daño. Aunado a lo anterior, la ausencia de la “cultura” del mantenimiento se convierte en un factor de vulnerabilidad importante.

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Figura 9 Colapso de un anuncio espectacular por la falla de anclaje en su base

Figura 10 a) Colapso de un doble anuncio por la falla en su base; b) Falla por fractura a tensión de los anclajes de la base; c) Falla de la placa base en otra columna

a)

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Figura 11 Colapso de anuncios espectaculares que cayeron sobre otras estructuras DAÑOS EN EDIFICACIÓN La mayor parte de los daños observados en edificación se relaciona con elementos no-estructurales en edificación del sector servicios turísticos; sin embargo, resultó notable nivel y densidad de daño y falla total en elementos estructurales de mampostería confinada de edificación destinada a tiendas departamentales. En esta ocasión, a diferencia del caso del huracán Isidoro, la edificación para vivienda presentó pocos problemas, siendo en la mayoría de los casos fallas de las bardas o muros de colindancia. Dentro de los problemas más importantes están las fallas totales en muros estructurales de mampostería confinada ante carga fuera del plano, la que genera el efecto del viento al incidir en ellos, como se muestra en la Fig.12. En estos casos la estructura de techo es a base de armaduras metálicas y láminas de cubierta, por lo que se puede considerar como un sistema de techo flexible. El sistema de techo flexible se ha considerado inadecuado para regiones de alta sismicidad por la ineficiencia para transmitir las fuerzas inerciales generadas por sismo hacia los elementos verticales, pero de los daños observados, se requiere estudiar y verificar que los procesos de análisis y diseño para edificación a base de muros y techo flexible tengan mayor certidumbre cuando se considere carga fuera del plano generada por viento, por ejemplo.

Figura 12 Falla de muros estructurales en edificación de tiendas departamentales

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Adicionalmente, y no por eso deja de ser importante y significativo, las bardas de borde o colindancia de los terrenos de casas habitación en zonas urbanas y rurales, indistintamente, presentaron problemas de comportamiento fuera de su plano (Fig.13). La mayoría de las recomendaciones para diseño de bardas y muros de mampostería confinada (en la que existen dalas y castillos) se basan en el comportamiento esperado de estos ante cargas laterales aplicadas en la dirección de su plano (por ejemplo las fuerzas de inercia que genera de un movimiento sísmico), por lo que el profesional del diseño estructural generalmente omite la revisión o diseño de este tipo de elementos ante la posible incidencia de vientos fuertes extraordinarios. Para este tipo de bardas de colindancia, es el castillo el elemento que contribuye a resistir el momento de volteo provocado por las fuerzas laterales debidas a viento, por lo que resulta necesaria la revisión de la resistencia a flexión, y verificar que las dimensiones resultan adecuadas, así como el acero de refuerzo asignado. Se debe mencionar que la mayoría de los muros con problemas de este tipo presentaban refuerzo pre-armado de alta resistencia.

Figura 13 Falla de un muro de colindancia por insuficiencia de resistencia a flexión del castillo (el refuerzo del castillo es pre-armado de alta resistencia)

Dentro de las recomendaciones de las diversas normas, la mayoría apoyadas en las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y construcción de Estructuras de Mampostería, del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, se indica que los castillos dentro de los muros pueden estar distribuidos con una separación máxima de 1.5 veces la altura del muro o 3 m. (RCDF-NTC-Mampostería, 2004). En la mayor parte de las bardas que se pudieron observar en el estado de Quintana Roo, la separación entre los castillos era superior a lo que propone la recomendación, encontrándose, en promedio, separaciones entre castillos del orden de 4 a 5 m. Otro aspecto de importancia que repercute en un comportamiento inadecuado es el uso de elementos de refuerzo pre-armados para castillos y dalas. Estos refuerzos, generalmente a base de barras del no. 2.4 y 2.5, (con diámetros de 6.3 mm y 7.9 mm, respectivamente), resultan insuficientes para resistir la demanda de


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momento flexionante a la que se vería sometido por la presión del viento impactando perpendicularmente a su plano. Además, se pudo observar en la mayoría de las bardas con problemas de comportamiento, que la falla se presentó de manera frágil, conclusión a la que se llega de observar las barras de refuerzo en los castillos dañados, donde se aprecia el fracturamiento de la barra preferentemente en la sección crítica (en la base de la barda), pero sin indicios de alargamiento del acero. Por las características de este tipo de refuerzo que resulta en una cuantía de refuerzo en tensión muy baja, el comportamiento de los castillos debió ser dúctil; sin embargo, se puede pensar que las características de ductilidad del acero de refuerzo se reducen drásticamente en la región por la agresividad de los agentes intempéricos. Este aspecto se pudo comprobar en la mayoría de los elementos dañados, donde el proceso de corrosión en las varillas de refuerzo presentaba indicios de gran avance en el deterioro del acero de las varillas y en la reducción de la sección neta de las mismas. Como ya se mencionó, las fallas se explican por varias razones, entre las que sobresalen dos, que no se excluyen: el fenómeno de demanda fuera de plano sería la primera, ante el que no existe a la fecha dentro de una norma en el estado de Quintana Roo, la especificación para el diseño de muros de mampostería ante la incidencia de vientos perpendiculares a su plano. La segunda es que algunas estructuras presentaban deficiencias en el diseño, como separación entre los castillos superiores a los 4 m en las muros y bardas, deficiencias en los procedimientos de construcción o en la calidad de los materiales empleados. Otro aspecto que resultó notable durante la incidencia del huracán Wilma en la zona de hoteles de la ciudad de Cancún, fueron la gran cantidad y consistencia de fallas de los elementos de ventanería (Figs.14 y 15). En la mayoría de los casos se observó que los tornillos que se emplean para fijar los marcos de las estructuras de las ventanas a la estructura fueron insuficientes en cantidad. En los casos donde era suficiente el número de tornillos para fijación, éstos se cizallaron por presentar problemas de corrosión. Cualquiera que sea el fenómeno que originó la falla, resultan aspectos no considerados formalmente dentro de la normatividad para diseño de elementos, estructurales o no-estructurales, ante el efecto de viento.

Figura 14 Daños en las ventanas de edificio de hotel en la zona hotelera de Cancún En edificación para vivienda no se observó daño significativo, los problemas se asocian al uso de materiales “precarios” (según la clasificación del INEGI), generalmente no contemplados en las normas para diseño y construcción de estructuras, como es el caso de las viviendas de madera del tipo informal que se muestran en la Fig.16. No se observó daño de consideración en edificación de vivienda urbana, salvo algunos problemas con las ventanas y muros o bardas de colindancia.

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Figura 15 Fallas en ventanería y estructura de los vidrios en las fachadas para incrementar su resistencia ante el empuje generado por el viento

Figura 16 Daño en edificación de madera, considerada del sector de construcción informal

RELACIÓN ENTRE NIVELES DE DAÑO ESPERADO Y OBSERVADO DURANTE EL FENÓMENO EN QUINTANA ROO

Con el propósito de entender mejor los mecanismos generadores de daño en las edificaciones y obras civiles, producto del efecto del viento, así como los valores de velocidad de viento que los pudieron generar, se determinó una relación entre los valores mínimos calculados de la velocidad regional que generaron daño en diferentes tipos de las estructuras ubicadas en la zona con frente libre a la costa, y el valor de velocidad regional reportado para diseño en la zona de Cancún según el Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad, Diseño por Viento. Los tipos de estructuras que se consideraron, aquellos de los que se contaba con información para poder determinar el mecanismo de falla observado, fueron: anuncios espectaculares, muros de colindancia, muros estructurales y dispositivos de fijación para techumbres; la velocidad regional considerada para la zona fue de 180 km/h. En la Fig.17 se muestran las relaciones entre las


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velocidades mínimas de daño (valor promedio de los obtenidos para cada uno de los cuatro tipos de estructuras) y la velocidad regional reportada para la zona, 180 km/h.

Figura 17 Relación entre los valores calculados de velocidad regional mínima de daño y la velocidad regional reportada para la zona de Cancún (CFE, 1993).

De la figura anterior se pueden comentar dos aspectos: a) la velocidad regional de viento que se requirió para dañar, e incluso hacer fallar, a los anuncios espectaculares y muros estructurales (partiendo del supuesto de que estaban adecuadamente construidos), resulta del orden de 50% superior a la velocidad regional recomendada para diseño por viento en la zona; por otro lado, b) las velocidades regionales de viento que se requirieron para dañar a muros de colindancia y dispositivos de fijación de techumbres, resultan aproximadamente 20% inferiores a el valor de velocidad regional para diseño por viento en la zona. De lo anterior se puede decir que, según los daños observados en los dos primeros tipos de estructuras, se requiere revisar los valores de velocidad regional de diseño propuesta para la zona. Además, según lo observado para los otros dos tipos de estructuras, resulta evidente que no existe un proceso de diseño formal para ellos, por lo que se deberá revisar el contenido de la norma correspondiente, así como los mecanismos de aseguramiento de su uso.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES El huracán Wilma mostró que no necesariamente el parámetro básico de caracterización de este tipo de meteoros, que es la velocidad de vientos sostenidos según las escalas de Saffir-Simpson y Fujita, es indicativo del nivel de daño esperado ante el impacto en edificaciones y otro tipo de estructuras. La característica destructiva del huracán Wilma, al igual que otros meteoros recientes, se debió a la notablemente baja velocidad de traslación de la estructura del huracán (del orden de 6 km/h, SMN, 2005), que propició la estancia de vientos con velocidades sostenidas de moderadas a altas, durante un periodo prolongado de tiempo. Para wilma, el fenómeno y sus efectos tuvieron una incidenciad del orden de 50 horas dentro de la península (Fuente: Protección Civil de Cancún); siendo que para el huracán “Gilbert” la estancia del mismo dentro de la península fue del orden de 18 horas (Fuente: www.wunderground.com), resultando una diferencia de aproximadamente cuatro veces más tiempo de estancia de los efectos del fenómeno “Wilma” que los de

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Anuncios espectaculares

Muros estructurales

Muros de colindancia

Dispositivos de fijación en techumbres

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“Gilbert”. La distribución del nivel y densidad de daño siguió un patrón claramente definido por la trayectoria del meteoro dentro de la superficie de la península. Gran parte del daño en edificación se observó en los techos, muros estructurales y muros de colindancia (generalmente considerados como elementos no-estructurales). El daño en las estructuras que componen el sector turístico e industrial, así como el daño en las instalaciones para transmisión de energía eléctrica resultó de consideración. De la observación de los daños se apreció que la falta de mantenimiento se constituye en una constante; de igual manera, fue notable la ausencia de criterios de diseño para los “elementos no estructurales”, como son ventanería, fachadas y bardas de colindancia. RECOMENDACIONES Del comportamiento observado en las edificaciones durante el paso del huracán Wilma por el estado de Quintana Roo, se pueden extraer las siguientes recomendaciones: Durante la incidencia del huracán Wilma no se reportaron fallas de los muros de viviendas, salvo aquellas

que estaban constituidas por mampostería simple. Sin embargo, para los muros empleados en las bardas de colindancia, los cuales reportaron daños con porcentajes altos, resultó notable la insuficiencia de la resistencia de los castillos, que son los elementos que deberán soportar el momento de volteo que le provocará el viento incidiendo en la dirección perpendicular a su plano. Se deberá promover, desde la normatividad, la revisión y diseño formal de los castillos ante demanda de flexión provocada por la presión del viento incidiendo perpendicularmente al plano del muro.

En general, tanto en vivienda como en estructuras de carácter industrial, fue notable el efecto nocivo del

intemperismo, aunado a una pobre cultura de mantenimiento de las estructuras. En cuanto a las instalaciones industriales, el ejemplo más claro se observó en el comportamiento de las techumbres de las naves industriales, así como en las estructuras de techos de las estaciones de abastecimiento de gasolina. Se deberá promover e incentivar la cultura del mantenimiento de todos los componentes de las edificaciones; cabe comentar que en algunos reglamentos, como el del Distrito Federal, existe el requisito ineludible de presentar al dueño del inmueble el “manual de operación y mantenimiento”, aspecto que no se cumple en la mayoría de los casos.

Es necesaria la revisión de los valores de velocidad regional para el diseño de estructuras en la zona; de

igual manera resulta indispensable el buscar los mecanismos legales para asegurar el uso de los reglamentos y normas para construcción y diseño de estructuras.

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a los colegas Ing. Oscar Zepeda Ramos y Dr. Oscar Flores Macías. El primero formó parte del grupo de investigadores del CENAPRED que realizó la visita de campo a la zona afectada por el fenómeno, ilustró con aspectos de Geomática, amén de que algunas de las fotografías son de su autoría. El segundo, como siempre entusiasta, fue una ayuda invaluable durante las estancias en la ciudad de Cancún, gran parte de la información y fotografías los autores se las deben a él.

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