Propuesta del criterio para el análisis y diseño sísmico para las estructuras del municipio de Coatzacoalcos, Veracruz

INTRODUCCIÓN

Los reglamentos de construcción establecen los requisitos mínimos que deben cumplir los proyectos y la construcción de obras, abarcando aspectos como el diseño estructural, arquitectónico, imagen urbana y conservación del patrimonio arqueológico e histórico. 

En este contexto, la seguridad estructural es fundamental, ya que su función es proteger a la sociedad contra fallas estructurales o mal funcionamiento de las construcciones. El objetivo es lograr un grado de protección óptimo, que equilibre las consecuencias potenciales de las fallas con el costo de implementar medidas de seguridad adicionales.

Las normatividades de construcción deben evolucionar en consonancia con los avances tecnológicos y científicos. La incorporación de nuevos materiales y tecnologías debe proporcionar los elementos necesarios para construir infraestructura que cumpla con los requisitos de seguridad, funcionabilidad, higiene y estética, de acuerdo con el estado actual del arte.

En México, el Reglamento de Construcciones para la Ciudad de México 2023 (RC-CDMX 2023) es una referencia importante para la construcción urbana en otros estados y municipios. Sin embargo, su aplicación debe ser adaptada a las características particulares de cada región, considerando factores como el clima, la orografía, la geología, la geotecnia, la sismicidad y las condiciones sociales y políticas. La falta de adaptación a estas características regionales puede generar riesgos y deficiencias en la construcción, lo que destaca la necesidad de contar con normatividades específicas y adecuadas para cada medio.

El municipio de Coatzacoalcos, uno de los puertos más importantes de la República Mexicana cuenta con esquemas de planeación y control urbano derivados de la “Ley 823 que regula las construcciones públicas y privadas del estado de Veracruz”. Sin embargo, a nivel municipal, existen carencias significativas en la normatividad que regula el crecimiento urbano y la calidad de las construcciones. En este contexto, surge la necesidad de desarrollar un criterio de diseño símico uniforme que establezca lineamientos.

CONSIDERACIONES GENERALES

En este apartado se describen las consideraciones de análisis y diseño sísmico adoptadas de la propuesta del Reglamento de la Ley 823 que regula las construcciones públicas y privadas del Municipio de Coatzacoalcos, Veracruz. 

Es fundamental definir que el Reglamento debe ser un instrumento de planificación urbana y no un fin administrativo o legal. La regulación de los componentes de la normativa específica en materia de imagen urbana y seguridad estructural se ajustará al comportamiento de la población, actitud de las autoridades, recursos disponibles y costumbres existentes.

La propuesta debe cubrir los requerimientos mínimos de seguridad, funcionabilidad, higiene, estética e imagen urbana, incorporando conceptos y conocimientos actuales para obtener un documento aplicable al Municipio de Coatzacoalcos.

En el tema de seguridad estructural, se propone establecer un procedimiento completo y sólido para el diseño de las estructuras, incluyendo su cimentación, basado en el criterio de estados límites de falla y servicio. Por lo tanto, en la propuesta se definieron los siguientes requerimientos a cumplir:

1. 1. 1. Establecer un marco teórico basado en definiciones, referencias, explicaciones y recomendaciones actuales en el campo de la ingeniería civil, aplicable al Municipio de Coatzacoalcos.

      2. Presentar la información y las explicaciones de manera clara y concisa, evitando confusiones o interpretaciones erróneas.

      3. Establecer lineamientos para clasificar las construcciones según su importancia y características.

      4. Establecer lineamientos para generar la documentación requerida de los proyectos en su aspecto estructural.

      5. Definir claramente los métodos o criterios de cálculo de esfuerzos y deformaciones, y establecer factores de seguridad.

      6. Definir las características básicas de los materiales comunes en la zona.

      7. Calcular la demanda para las diferentes condiciones, incluyendo características propias del Municipio.

      8. Considerar valores de los parámetros de diseño propios para el Municipio de Coatzacoalcos.

      9. Incluir criterios adicionales de desempeño sísmico para estructuras de especial importancia.

      10. Considerar las características del suelo del Municipio para establecer la zonificación sísmica.

PROPUESTA DE ANÁLISIS Y DISEÑO SÍSMICO DE LAS CONSTRUCCIONES

Para elaborar un análisis y diseño sísmico acorde al estado actual del conocimiento, es fundamental clasificar las estructuras según su nivel de importancia estructural, de acuerdo como indica el Capítulo C.1.3 Diseño por Sismo del Manual de Diseño de Obras Civiles (MDOC) de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) 2015 que fungirá a su vez de Norma técnica complementaria para diseño por Sismo del Reglamento propuesto.

Esto se debe a que el nivel de importancia determina los espectros de diseño sísmico regionales que se utilizarán. Los espectros de diseño sísmico regionales son una herramienta práctica y sencilla, ya que se pueden construir a partir de zonas sísmicas y tipo de terreno.

La construcción de estos espectros regionales por tipo de terreno debe cubrir la mayoría de las condiciones que se presentan en la práctica y se construyen a partir de la aceleración máxima en roca, con factores y parámetros que consideran las condiciones del terreno. Los espectros obtenidos corresponden a un amortiguamiento crítico estructural del 5%.

La zona conurbada de Coatzacoalcos ha sido objeto de muy pocos estudios que han aportado valiosa información sobre el comportamiento geotécnico y dinámico de los suelos. A continuación, se presentan algunos de los estudios que se han realizado en la zona y que servirán como base para futuras investigaciones.

1. Astudillo, L., Guzmán, J., Trejo, F., Williams, F., Riquer, G., Leyva, R., (2010).” Propuesta de zonificación geotécnica de la zona urbana de la Cd. de Coatzacoalcos, Ver.”

2. Guzmán, J A, F Trejo, F Williams, G Riquer, R Leyva y J Lermo (2010), “Estudios preliminares de microzonificación sísmica para la Cd. de Coatzacoalcos, Ver.”

3. Guzmán, J A, Y Antonio, V Infante, F Williams, G Riquer, A Vargas y R Leyva (2017), “Determinación del potencial de licuación mediante el método de microtremores de la zona costera de la Cd. de Coatzacoalcos, Ver.”

La microzonificación sísmica es una técnica que permite identificar áreas con características similares en términos de respuesta dinámica de los suelos. En el caso de la zona conurbada de Coatzacoalcos, se ha realizado una microzonificación sísmica que ha permitido identificar preliminarmente 2 zonas con características específicas; que para la opinión del que escribe: es un aporte muy valioso, pero de la cual se puede incrementar el número de zonas, por lo menos hasta 4.

Ante este panorama, las solicitaciones que se adopten para el diseño sísmico de una estructura deben ser función, tanto de las características probables de los sismos que puedan ocurrir en el sitio, como del grado de seguridad recomendable para la estructura, que es función creciente de la pérdida que implicaría su falla, pero función decreciente de la rapidez de variación de su costo con respecto a su resistencia. Por otra parte, las solicitaciones de diseño también dependen del sistema estructural, de los elementos y materiales de la estructura, y de los detalles de diseño y construcción, que determinan la forma de falla. Conviene considerar estos aspectos estructurales mediante tres conceptos:

1. El amortiguamiento proporcionado por el tipo de estructuración.

2. La capacidad para disipar energía por comportamiento inelástico a través del desarrollo de deformaciones en los intervalos no lineales de las curvas carga–deformación.

3. Las características estructurales para soportar cargas sísmicas.

Esta forma de tomar en cuenta los aspectos estructurales lleva a caracterizar las estructuras en función del amortiguamiento estructural, de la ductilidad y por supuesto de la estructuración. Estos conceptos se deben tomar en cuenta en forma explícita en los espectros para el diseño sísmico racional de las construcciones.

Para este punto se recomienda seguir cabalmente los criterios del Capítulo 3.3 del MDOC-2015 para evaluar las solicitaciones sísmicas que obran en las estructuras. Escogiendo correcta y cuidadosamente los respectivos factores de reducción de fuerza global: Ductilidad (Q), Sobrerresistencia (R), redundancia (ρ) y amortiguamiento (ζ); y considerar el factor correctivo por irregularidad (α) para construir correctamente los espectros de diseño modificados para el estado límite de prevención de colapso y para el estado límite de servicio. 

Una vez construidos los espectros de diseño modificados se podrá realizar el análisis sísmico de las estructuras mediante 3 métodos: a) método simplificado, b) método estático y c) método dinámico; y cuyas restricciones se mencionan en el capítulo correspondientes. Es importe que dentro del proceso de evaluar las fuerzas inerciales que generan los sismos sobre las estructuras se consideren también la componente vertical que es un punto crucial que no debe pasarse por alto para las zonas sísmicas C de acuerdo a la clasificación del peligro sísmico del PRODISIS del MDOC-2015.

Para garantizar que la estructura contiene un nivel adecuado de seguridad estructural ante estas demandas se deberán revisar los estados limites tanto para los desplazamientos horizontales por limitación de daños a elementos no estructurales (límite de servicio), los desplazamientos horizontales para seguridad contra colapso, ruptura de vidrios y la separación con estructuras adyacentes.

Es importante no perder de vista que los requerimientos de diseño y detallado deben ser compatibles con el nivel de respuesta inelástica (factor de ductilidad Q) supuesto en el cálculo de las fuerzas sísmicas de diseño. Se usan los términos “ordinarios”, “intermedio” y “especiales” que se refieren al aumento de los requisitos de detallado y diseño con la expectativa de incrementar la capacidad de deformación de cada uno de los materiales de construcción (mamposterías, concreto y acero).

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

En este documento se ha presentado una propuesta integral para el análisis y diseño sísmico de estructuras civiles e industriales en el Municipio de Coatzacoalcos, Veracruz. La propuesta se basa en la aplicación de conocimientos actuales y aspectos específicos del Municipio, y se enfoca en garantizar la seguridad estructural y la funcionalidad de las construcciones.

La microzonificación sísmica preliminar propuesta por Guzman, J (2010) permite identificar áreas con características similares en términos de respuesta dinámica de los suelos, lo que facilita la aplicación de espectros de diseño sísmico regionales adecuados para cada zona de acuerdo con el criterio de espectros transparentes regionales del MDOC-2015.

La propuesta también enfatiza la importancia de considerar la componente vertical de las fuerzas inerciales y la compatibilidad entre los requerimientos de diseño y detallado y el nivel de respuesta inelástica supuesto en el cálculo de las fuerzas sísmicas de diseño.

En resumen, esta propuesta de criterio para el análisis y diseño sísmico de estructuras en el Municipio de Coatzacoalcos, Veracruz, busca proporcionar una herramienta valiosa para los diseñadores y constructores, que permita garantizar la seguridad y la funcionalidad de las construcciones en la región, así como ser integrada dentro del contexto del marco legal de futuro Reglamento de la Ley 823 que regula las construcciones públicas y privadas del Municipio de Coatzacoalcos, Veracruz.

También, se recomienda que la propuesta sea revisada y aprobada por las autoridades competentes del Municipio de Coatzacoalcos, Veracruz.

Se sugiere que se realicen estudios adicionales para refinar la microzonificación sísmica y los espectros de diseño sísmico regionales propuestos.

Y se considere la capacitación a los diseñadores y constructores de la región en la aplicación de esta propuesta de criterio para el análisis y diseño sísmico de estructuras.