DIRECTO AL GRANO: REFLEXIONES SOBRE EL IMPACTO DEL TERREMOTO DE MICHOACÁN HACE VEINTICINCO AÑOS 09.2010 NOTA DEL EDITOR: Hace veinticinco años, el terremoto de Michoacán arrasó edificios y causó la muerte de miles de personas en la Ciudad de México, a cientos de kilómetros del epicentro. En este artículo el Dr. Tao Lai, Ingeniero Principal, el Dr. Khosrow Shabestari, Científico Principal, y Vineet Katiyar, Ingeniero Investigador recuentan el evento. INTRODUCCIÓN Hace veinticinco años, en el mes de septiembre, ocurrió un terremoto de magnitud 8.1 que se originó costa afuera en el estado mexicano de Michoacán. Aunque fue de gran magnitud, el epicentro del terremoto tuvo lugar suficientemente lejos de las mayores concentraciones de población en el país, de tal forma que los sismólogos e ingenieros no pensaron que pudiera provocar gran daño. Sin embargo el terremoto de Michoacán de 1985 fue el desastre natural más grave en la historia de México. Causo la muerte de 10,000 personas y dejó sin hogar a otras 250,000. Las pérdidas aseguradas se han estimado en $400 millones de dólares y el daño económico total en casi $4 mil millones de dólares (ambos cálculos en dólares de 1985). 1 De mayor impacto es el hecho que el 90% de las pérdidas totales ocurrieron en la capital, la Ciudad de México 2 a cientos de kilómetros de distancia. Más de 800 edificios en la región densamente poblada de la capital colapsaron, y cerca de 3,000 sufrieron graves daños. Además, la naturaleza de los daños fue limitada; mientras muchos edificios altos incluyendo la Torre Latinoamericana de 43 pisos y la Torre PEMEX de 50 pisos quedaron prácticamente intactas, una gran cantidad de edificios de entre 6 y 15 pisos sufrieron graves daños o colapsaron. AIR estima que si dicho evento volviera a ocurrir hoy en día, el daño total sobre propiedad comercial y residencial que dicho terremoto induciría sería de unos $16 mil millones de dólares. 3 La Figura 1 muestra la proyección de pérdidas de una simulación de este evento utilizando el Modelo de Terremotos de AIR para México. Aunque el daño ocurre en un área muy grande del país, las mayores pérdidas ocurren en la Ciudad de México. En este artículo analizaremos el porqué de dichos resultados. Pérdidos Totales de la Industria (millons USD) Menos de 0.1g.01-1.0 1.0-10.0 10.0-100.0 Más de 100.0 1985 Michoacán Ciudad de Méxicó Figura 1: La proyección de pérdidas en el modelo de AIR para el terremoto de Michoacán de 1985 muestra que, aunque el daño estuvo distribuido, la mayor parte de las pérdidas resultaron de la afectación de edificios de la Ciudad de México. (Fuente: AIR).
DESDE COCOS HACIA LA CAPITAL: AMPLIFICACIÓN INESPERADA Aunque la Ciudad de México no está ubicada directamente sobre una falla, se sitúa al este de la fosa Mesoamericana, donde se registra una alta actividad sísmica. Aquí se originan terremotos de gran magnitud a lo largo del límite entre la placa Cocos, que se encuentra en un proceso de subducción bajo la suprayacente placa Norteamericana (Figura 2). Debido a las características geológicas particulares de la Ciudad de México, ésta se encuentra en alto riesgo debido a terremotos superficiales que ocurren en esta zona de interfase sísmica. placa de Norte América Trinchera mesó Americana placa de Cocos Trinchera Andina Norte placa del Caribe Figura 2: Distribución tectónica de México (Fuente: AIR). placa de Sud América El terremoto de Michoacán fue un evento de este tipo y ocurrió a una profundidad de tan sólo 14 km. La energía que liberó en forma de ondas sísmicas se desplazó una gran distancia entre 350 y 400 kilómetros hasta llegar a la capital. Debido a la influencia del Eje Neovolcánico de México, dichas ondas sísmicas no pudieron ser atenuadas como se esperaría si el evento hubiese ocurrido, por ejemplo, más al norte en California, o más al sur, en la costa chilena. La Ciudad de México está ubicada en el Valle de México, el cual a su vez se ubica en el Eje Neovolcánico una cadena de volcanes que se extiende de oeste a este a lo largo de la parte sur-centro de México. El valle no tiene un drenaje natural para la salida del agua que llega desde las montañas, y los suelos blandos se han acumulado en el valle inferior a través del tiempo. En lugar de atenuar las ondas sísmicas entrantes, la baja densidad del material en el Eje Neovolcánico sirvió para amplificar ligeramente las ondas sísmicas del terremoto de Michoacán. La Figura 3 muestra claramente este efecto amplificador. Aceleración Espectral 0.3 sequndos Com corrección TMVB Sim corrección TMVB Distancia Ciudad de Méxicó Figura 3: Las ondas sísmicas del terremoto de Michoacán fueron ligeramente amplificadas por el Eje Neovolcánico cuando estas llegaron a la Ciudad de México. (Fuente: AIR) UNA CIUDAD SOBRE SEDIMENTO Una vez que las ondas sísmicas llegaron a la cuenca del Valle de México, se encontraron con la combinación perfecta de condiciones para aumentar aún más su amplificación. De hecho, debido a las condiciones peculiares de la ruta de las ondas sísmicas hacia y dentro de la Ciudad de México, la amplificación del movimiento del suelo que tuvo lugar en la capital el 19 de septiembre de 1985 fue mucho mayor que el valor esperado por las relaciones de atenuación genéricas. Dentro del Valle de México, la Ciudad de México se asienta sobre lo que una vez fue el lago de Texcoco. El lago fue drenado artificialmente en el siglo XVII y, hoy en día, los suelos que antes eran el lecho del lago y que hoy se hallan debajo de la capital están compuestos de cieno y depósitos de arcilla volcánica de entre cincuenta y cien pies de profundidad. Los movimientos del terreno en estos depósitos resuenan con las ondas sísmicas de largo periodo y pueden aumentar de forma importante su amplitud. Durante el terremoto de Michoacán, el movimiento del suelo en la zona del lecho del lago de la Ciudad de México fue amplificado entre 8 y 50 veces en comparación con el movimiento del suelo en las colinas adyacentes (Singh et al, 1988). Es interesante notar que es una de las pocas poblaciones en el mundo donde las condiciones geológicas están tan dadas para propiciar la destrucción debido a terremotos distantes por subducción. DAÑO A EDIFICIOS DE ALTURA MEDIA El daño en edificios provocado por terremotos se debe a la respuesta dinámica de los edificios ante el movimiento del suelo, el cual varía dependiendo de las características tanto del movimiento del suelo como de las particularidades del edificio. Una característica importante del movimiento del 2
suelo en el contexto de daño a edificios es la frecuencia, o el número de ciclos completos de vibraciones por segundo. Un edificio responde ante la frecuencia contenida en el movimiento del suelo con oscilaciones, y tal oscilación tiende a centrarse en una frecuencia en particular su frecuencia natural de vibración. Los edificios más altos tienen frecuencias naturales más bajas y cuando el movimiento del suelo también es dominado por ondas de frecuencia baja (o de periodo largo), el movimiento del suelo y el del edificio tienen un efecto de resonancia, lo cual provoca un desplazamiento más grande del edificio y por lo tanto induce un mayor daño. Los edificios más pequeños, en contraste, tienen frecuencias naturales más altas; para ellos las ondas sísmicas de alta frecuencia (de periodo corto) tienen un mayor impacto. Las ondas sísmicas de baja frecuencia pueden viajar grandes distancias, mientras las ondas sísmicas de alta frecuencia tienden a atenuarse rápidamente con la distancia. Por esa razón, cuando las ondas sísmicas del terremoto de Michoacán finalmente llegaron a la Ciudad de México, estas estaban compuestas predominantemente por ondas de baja frecuencia (largo periodo). La frecuencia de estas ondas coincidieron con el periodo natural de vibración del suelo del lecho del lago y por ello las ondas fueron amplificadas. Los edificios cuyas frecuencias naturales coincidieron con las frecuencias de las ondas eran estructuras de altura media y algunas estructuras de gran altura (esencialmente edificios de entre 6 y 15 pisos). Muchos de ellos sufrieron serios daños o colapsaron. Según un informe, en las áreas más afectadas de la Ciudad de México, el 34% de los edificios con más de cinco pisos sufrieron algún tipo de daño estructural. La proporción promedio 4 de daños de los edificios de concreto reforzado y de altura media varió entre un 16% (Smolka and Berz, 1989) y un 24% (Tiedemann, 1988). CAMBIOS EN EL REGLAMENTO DE CONSTRUCCIONES PARA EL DISTRITO FEDERAL En México no existe un código nacional de construcciones sismoresistentes; en su lugar, los más de 2,000 municipios promulgan sus propios reglamentos. Sin embargo, a falta de un código nacional, el Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (RCDF) se considera como un modelo importante para el resto del país, y otros estados mexicanos además de la capital lo han adoptado. El RCDF fue publicado por primera vez en 1942. En subsecuentes décadas se llevaron a cabo varias revisiones debido a que algunos terremotos dañinos proporcionaron las oportunidades para identificar las fallas técnicas en las normas existentes; el RCDF fue reemplazado en 1957, mejorado en 1966 y modificado nuevamente en 1976 la última actualización antes del terremoto de Michoacán. En ese momento, la mayoría de los ingenieros consideraba que el reglamento era adecuado. Ellos habían tomado en cuenta la amplificación debida a la cuenca asignando estipulaciones de diseño muy estrictas contra terremotos para las estructuras con frecuencias naturales que iban desde los 0.30 a los 1.25 Hertz (Beck and Hall, 1986). Entonces por qué tantos edificios, incluso aquellos construidos o reforzados después de los terremotos de 1957 y 1979, se derrumbaron? Figura 4: Los pisos más altos de la torre de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, un edificio de altura media, se derrumbaron parcialmente durante el terremoto de Michoacán de 1985 debido a fuertes sacudidas (Fuente: USGS). Primero, a pesar de que las disposiciones sobre sismos en México estaban actualizadas con el conocimiento contemporáneo de la época, su aplicación era muchas veces descuidada porque las autoridades no vigilaban su cumplimiento. Segundo, algunas veces la mano de obra no calificada y la poca calidad de los materiales eran un problema. Por ultimo, dichos reglamentos existentes aunque tomaban en cuenta la amplificación del suelo no lo hacían de manera suficiente; los ingenieros de la construcción no habían considerado un escenario en el que las ondas sísmicas que entraban viajaran a través de los suelos blandos del Eje Neovolcánico, y que por lo tanto fueran amplificadas más de lo que hubieran sido ampliadas únicamente en la cuenca. Fundamentalmente, los reglamentos de construcciones antes de 1985 habían subestimado el efecto del Eje Neovolcánico, claramente ilustrado en la Figura 3. 3
Se debe observar que si dichas ondas, significativamente amplificadas, no se hubieran producido el 19 de septiembre de 1985, el RCDF promulgado en 1976 no hubiese sido puesto en duda. Sin embargo, al ocurrir, los ingenieros examinaron críticamente los daños inducidos a las edificaciones en la Ciudad de México después del terremoto. Los mayores problemas descubiertos fueron la falta de confinamiento en los refuerzos longitudinales de los edificios o el anclaje inapropiado de estos refuerzos. Estas fallas hacían que las columnas de los edificios fueran más susceptibles al desplazamiento lateral. De acuerdo con un estudio, el 65% de los casos de mayor daño se debían a fallas en las columnas (Meli, 1989). Para aumentar la rigidez lateral de los edificios, el nuevo Reglamento de Construcciones en el Distrito Federal publicado en 1987 requería estipulaciones más estrictas con respecto a los refuerzos, incluyendo el uso de abrazaderas de acero para agregar rigidez a ciertas estructuras. Además, se redujo el desplazamiento lateral permitido en los edificios, en particular para estructuras ubicadas en el lecho del lago. Hoy en día, se estima que la capacidad lateral de carga de los edificios construidos después de 1985 es aproximadamente entre dos y tres veces mayor que la de aquellos construidos antes del terremoto de Michoacán (Meli, 1993). Sin embargo, aún queda mucho por hacer para garantizar que se cumpla el nuevo reglamento. UN TERREMOTO MÁS CERCANO A LA CAPITAL: OBJETIVOS A MENOR ALTURA Es importante recordar que a pesar del daño notable en la Ciudad de México debido a un terremoto que ocurrió a cientos de kilómetros de distancia, existen otras fuentes de sismicidad en México, incluyendo fallas en la corteza terrestre que están más cerca de la capital, y la sismicidad de fondo que puede producir terremotos en fallas hasta ahora desconocidas como fue el caso del terremoto de Christchurch de magnitud 7.1 que cimbró Nueva Zelanda a principios de septiembre. El impacto de un terremoto que ocurra directamente abajo de la Ciudad de México, incluso si es moderado, y no a cierta distancia de la misma, sería muy significativo y algo distinto en cuanto a los tipos de edificaciones que afectaría. Un terremoto de este tipo sería más rico en ondas de frecuencias altas tanto como bajas y no sólo en ondas de baja frecuencia como fue en el caso de Michoacán. De hecho, es probable que las ondas de alta frecuencia fueran las dominantes ya que no serían atenuadas. Debido a que las ondas de alta frecuencia afectan las estructuras de altura baja, particularmente aquellas mal construidas o de construcción informal 5, los edificios de baja altura estarían en mayor riesgo durante tal evento. Dichas estructuras representan una mayor proporción del conjunto de edificios de la Ciudad de México que las estructuras combinadas de alta y mediana altura reforzadas con concreto. Por lo tanto, incluso un terremoto de magnitud moderada cerca de la capital podría generar grandes pérdidas debido al número total de estructuras que afectaría. COLABORACIÓN DE MÉXICO CON AIR Después del terremoto de Michoacán en 1985, en un esfuerzo por estar mejor preparados contra los desastres naturales, el gobierno mexicano acudió a los mercados de capital para cubrir los costos potenciales que resultarían de los desastres naturales. Al hacerlo, estableció varias colaboraciones clave con AIR. En el 2006, AIR realizó un modelo y un análisis de riesgos para un bono para edificios por catástrofes emitido por la Secretaría de Finanzas del gobierno mexicano. El análisis apoyó un bono de $160 millones de dólares que proporciona una cobertura contra catástrofes para el gobierno de México con el fin de pagar los costos de emergencias consecuentes a un terremoto de magnitud 7.5 u 8 cerca de la Ciudad de México o a lo largo de la Costa del Pacífico. La emisión de este bono por parte del gobierno mexicano significó la primera vez que un gobierno aplicó una garantía vinculada a un seguro para asegurar la disponibilidad de fondos después de un terremoto bajo parámetros específicos. En el 2009, AIR fue el agente de modelos y cálculos para la transacción de la garantía ligada al seguro MultiCat Mexico 2009 Ltd., una alianza entre el Banco Mundial y México. La meta de esta transacción era ayudar a México a administrar un riesgo por catástrofes debido a distintas amenazas; proporciona cobertura contra pérdidas por terremotos de cierta magnitud, así como por huracanes en el Pacífico y en el Atlántico. AIR sigue proporcionando servicios de modelamiento y análisis de riesgos para bonos por catástrofes en todo el mundo. Sus esfuerzos en México inspiran el uso de transferencias alternativas de riesgos en otros países de América Latina, así como en países en desarrollo de todo el mundo. 4
1 FUENTE: AXCO. 2 TAMBIÉN HUBO DAÑOS EN LOS ESTADOS DE COLIMA, GUERRERO, JALISCO Y MICHOACÁN. 3 ESTE VALOR ESTÁ CALCULADO CON BASE EN EL VALOR DE RECURRENCIA DE AIR PARA ESTE EVENTO: 130 MIL MILLONES DE PESOS MEXICANOS (BASE DE DATOS DE EXPOSICIÓN DE LA INDUSTRIA DE AIR PARA 2005). CONVERTIDO A MONEDA ACTUAL DE 2010, ESTE VALOR ES DE 200.90 MIL MILLONES DE PESOS MEXICANOS O 15.83 MIL MILLONES DE DÓLARES. 4 LA PROPORCIÓN DEL COSTO DE REPARACIÓN DEL EDIFICIO CON RESPECTO AL VALOR DE REEMPLAZO. 5 LA CONSTRUCCIÓN INFORMAL IMPLICA LA CONSTRUCCIÓN SIN LOS PERMISOS APROPIADOS Y SIN SUPERVISIÓN POR PARTE DE UN INGENIERO PROFESIONAL. EL SESENTA POR CIENTO DE LAS VIVIENDAS EN MÉXICO FUE CLASIFICADO COMO CONSTRUCCIÓN INFORMAL EN 2000 (ALCOCER ET AL, 2002). REFERENCIAS ALCOCER, S. M., C. REYES, D. BITRAN, O. ZEPEDA, L E. FLORES, AND M. A. PACHECO 2002, AN ASSESSMENT OF THE SEISMIC VULNERABILITY OF HOUSING IN MEXICO, THE SEVENTH NATIONAL CONFERENCE ON EARTHQUAKE ENGINEERING, JULIO 21-25, 2002, BOSTON, MASSACHUSETTS, EE.UU. AXCO 2010, INSURANCE MARKET REPORT FOR MEXICO: EARTHQUAKE AND OTHER GEOLOGICAL HAZARDS. BECK, J. L, Y J. F. HALL 1986, ENGINEERING FEATURES OF THE RECENT MEXICAN EARTHQUAKE, ENGINEERING AND SCIENCE, ENERO 1986,2-9. MELI, R. 1993, EARTHQUAKE RESISTANT DESIGN AND CONSTRUCTION OF REINFORCED CONCRETE BUILDINGS, THE PRACTICE IN MEXICO AFTER 1985, STRUCTURES CONGRESS 1993, ABRIL 19-21, IRVINE, CALIFORNIA, EE.UU. MELI, R. 1989, SEISMIC VULNERABILITY AND RETROFITTING OF BUILDINGS: RECENT EXPERIENCES IN MEXICO CITY, STRUCTURES CONGRESS 1989, MAYO 1-5,1989, SAN FRANCISCO, CALIFORNIA, EE.UU. SING, ET AL, 1988 SINGH, S. K., J. LERMO, T. DOMINGUEZ, M. ORDAZ, J. M. ESPINOSA, E. MENA, Y R. QUAAS 1988, THE MEXICO EARTHQUAKE OF SEPTEMBER 19, 1985 - A STUDY OF AMPLIFICATION OF SEISMIC WAVES IN THE VALLEY OF MEXICO WITH RESPECT TO HILL ZONE SITE, EARTHQUAKE SPECTRA, 4, 653-673. SMOLKA, A Y G. BERZ, 1989, THE MEXICO EARTHQUAKE OF SEPTEMBER 19,1985 AN ANALYSIS OF THE INSURED LOSS AND IMPLICATIONS FOR RISK ASSESSMENT, EARTHQUAKE SPECTRA, 5, 223-248. TIEDEMANN, H. 1988, LESSONS FROM THE MEXICAN EARTHQUAKE OF 1985: QUANTITATIVE EVALUATION OF DAMAGE AND DAMAGE PARAMETERS, PROCEEDINGS OF THE NINTH WORLD CONFERENCE ON EARTHQUAKE ENGINEERING, AGOSTO 2-9, 1988, TOKIO-KIOTO, JAPÓN. Acerca de AIR Worldwide Corporation AIR Worldwide Corporation (AIR) es un líder científico y un proveedor respetado de software para la modelación de riesgos y servicios de consultoría. AIR fundó la industria de la modelación de catástrofes en 1987 y actualmente modela el riesgo de desastres naturales y terrorismo en más de 50 países. Más de 400 empresas de seguros, reaseguros, financieras, corporaciones, y clientes gubernamentales usan el software y servicios de AIR par el manejo de riesgo catastrófico, bonos catastróficos, análisis de riesgo de localidades específicas, manejo de riesgo agrícola y valoración de costos de reemplazo de propiedades. AIR es un miembro de la familia de empresas de ISO y está localizada en Boston con oficinas adicionales en América del Norte, Europa y Asia. Para mayor información, por favor visite www.air-worldwide.com. 2010 AIR Worldwide. All rights reserved. 5