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Sociedad Mexicana de Ingeniera EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniera Estructural

ANLISIS DE VULNERABILIDAD DE LAS CONSTRUCCIONES DEL CENTRO HISTRICO DE

TAPACHULA Y TUXTLA GUTIRREZ, CHIAPAS

Aguilar Carboney Jorge1, Ral Gonzlez Herrera2, Ruiz Sibaja Alejandro1, Cruz Daz Robertony1

RESUMEN El artculo analiza las caractersticas que hacen vulnerables a las dos principales ciudades del estado de Chipas, se desarroll un trabajo de campo en el primer cuadro de ambas ciudades. Se procesa la informacin apoyados en mtodos simplificados considerando la vulnerabilidad observada (tcnica italiana). Se emplearon datos de estudios de laboratorio de la mampostera local y la microzonificacin para ambas ciudades. Adicionalmente los resultados se comparan contra estudios obtenidos de una revisin de la literatura.

ABSTRACT There are some characteristics that make vulnerable constructive systems in Chiapas, as well in rural areas as in the historical centers of their cities. In this paper show vulnerability analysis of biggest two cities using Italian techniques, and compare the results with others methods, supported in materials analysis and natural vibration periods of surface layers. The analysis is qualitative based on the seismic hazard and the characteristics of their typical constructions.

INTRODUCCIN El estado de Chipas es una regin que est constituida por zonas afectadas por fenmenos naturales constantes que potencian el peligro y un nivel de marginacin alto caracterizado por construcciones tradicionales elaboradas con sistemas constructivos y materiales tan diversas como el adobe, el bajareque, la madera, la mampostera de tabique y block de concreto, con y sin refuerzo y en menor medida de concreto y acero. Esta diversidad permite que existan patologas distintas en cada una de sus ciudades tanto por las caractersticas constructivas locales como por las condiciones de los materiales empleados, as como la inmigracin del campo a la ciudad y de algunas zonas de Centroamrica como en el caso de las ciudades fronterizas, que propician un incremento de la vulnerabilidad. En el presente estudio se analizan las caractersticas que detonan la vulnerabilidad de las dos principales ciudades del estado de Chipas por poblacin y por importancia poltica y econmica, la primera es la ciudad de Tapachula de Crdova y Ordez, la cual en el ao 2005 fue muy afectada por el huracn Stan, sta presenta construcciones muy antiguas influenciadas por la constante inmigracin de Centroamrica, Europa y Asia. La segunda ciudad a estudiar es la capital del estado Tuxtla Gutirrez, que presenta construcciones por lo general muy recientes, sin embargo construidas mayormente por procesos de autoconstruccin y sin asesora tcnica, lo cual induce una vulnerabilidad importante. Para lograr los objetivos del estudio se desarroll un trabajo de campo importante en el primer cuadro de ambas ciudades, que parti de la seleccin de las viviendas a encuestar mediante la tcnica de inferencia estadstica (alrededor de 1,000 viviendas por ciudad), tras analizar las condiciones de ambos centros histricos se elabor un cuestionario del que obtuvimos informacin suficiente para el anlisis estadstico de la vulnerabilidad.

1. Universidad Autnoma de Chiapas. Facultad de Ingeniera. Boulevard Belisario Domnguez Km # 1081, Tuxtla Gutirrez, Chiapas, Mxico,

[email protected]. 2. Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, Divisin de ingenieras. Libramiento Norte Poniente, Ciudad Universitaria, Caleras Maciel, Tuxtla Gutirrez,

Chiapas, Mxico. Tel. y Fax: 52 (961) 125-1834, [email protected].

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mailto:[email protected]:[email protected]

XVI Congreso Nacional de Ingeniera Estructural Veracruz, Ver., 2008

Se proces la informacin de los cuestionarios mediante mtodos simplificados basados en vulnerabilidad observada (tcnica italiana). Tambin se emplearon los datos de estudios de laboratorio de las propiedades de la mampostera local y la microzonificacin para ambas ciudades. Adicionalmente los resultados de ste anlisis estadstico se comparan contra estudios obtenidos de una revisin de la literatura entre ellos uno de CENAPRED (Centro Nacional de Prevencin de Desastres).

ANLISIS DE VULNERABILIDAD CUALITATIVO Y CUANTITATIVO DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS EN CHIAPAS

Cuando se evala la vulnerabilidad ssmica de edificaciones individuales, es necesario un estudio detallado que permita conocer la susceptibilidad de la edificacin de experimentar un determinado nivel de dao para un movimiento especfico. Por tanto, la accin ssmica y el dao ssmico constituyen los elementos fundamentales para la caracterizacin de la vulnerabilidad ssmica como se muestra en la figura 1a. Mientras que en la figura 1b se muestra la metodologa de tres pasos propuesta por Miranda (2007), en la cual se incluye un anlisis ms detallado de la vulnerabilidad mediante la evaluacin de parmetros especficos de respuesta como la distorsin de entrepiso para la obtencin de funciones de fragilidad del sistema.

Figura 1a y 1b. Esquemas para determinacin de dao ssmico de acuerdo con Miranda (2007) Las metodologas de tres pasos que se observan en la figura 2, corresponden a aquellos estudios donde se hace un anlisis paramtrico ms profundo de las caractersticas estructurales como lo hace la metodologa desarrollada para HAZUS (1999) con un anlisis basado en un sistema de un grado de libertad en el que se relaciona el periodo y amortiguamiento del sistema (figura 2a) y otras ms complejas como las desarrolladas actualmente por el centro de investigaciones de ingeniera ssmica del Pacifico (PEER), que desarrolla un modelo de acoplamiento de dos vigas una a flexin y otra a corte compatibilizando las deformaciones con los parmetros de periodo, amortiguamiento y (relacin del trabajo de corte y flexin) (figura 2b). (Miranda, 2007) El proyecto HAZUS (1999) es la principal herramienta del FEMA (Federal Emergency Management Agency) para la estimacin de daos debido a fenmenos naturales entre estos los sismos. El HAZUS es un software que permite estimar escenarios del peligro con base en los datos almacenados histricamente (probabilista) y emplear modelos de un grado de libertad para el estudio paramtrico que permite considerar la vulnerabilidad y as estimar el riesgo de la regin especifica de los Estados Unidos. En la figura 2a se observa un modelo de SUGL (sistema de un grado de libertad) empleado en la metodologa. El estudio para desarrollar la metodologa se explica en Whitman y otros, 1997.

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Figuras 2a y 2b. SUGL empleado por la metodologa HAZUS y SMGL empleado en la metodologa PEER, (Miranda, 2007)

Cuando buscamos calificar la vulnerabilidad ssmica que presentan las construcciones de manera grupal como en nuestro caso que estudiamos las dos principales ciudades de Chipas contamos con diferentes metodologas, las cuales se utilizan tanto en trminos relativos (clases e ndices de vulnerabilidad), como en trminos absolutos (matrices de probabilidad de dao, funciones de vulnerabilidad y curvas de fragilidad). Las clases e ndices de vulnerabilidad califican de manera relativa la mayor o menor tendencia de una estructura a sufrir dao, pueden emplear las experiencias de sismos pasados y lo reportado en la literatura. Las matrices de probabilidad de dao (MPD), funciones de vulnerabilidad y curvas de fragilidad estiman de manera directa los daos esperados para los diversos niveles de la accin ssmica, mediante el uso de relaciones explcitas. Si se aplica sobre una misma estructura cada una de las metodologas que a continuacin sern descritas, puede dar origen a muchas diferencias en los resultados, difciles de interpretar y en algunos casos puede dar origen a conclusiones errneas. Por tanto, se recomienda combinar los mtodos analticos y empricos, con algn mtodo o tcnica experimental que permita incrementar la confiabilidad del anlisis de vulnerabilidad (Safina, 2003). El resultado de un estudio de vulnerabilidad ssmica est condicionado a la manera de cmo se haga la descripcin del dao y del movimiento ssmico, la relacin entre estos dos parmetros suele formularse discretamente con el desarrollo de funciones propias que reflejen los aspectos constructivos y culturales representativos de cada regin. Estas pueden obtenerse analticamente a partir de la vulnerabilidad calculada, con la simulacin de la respuesta ssmica de estructuras de un mismo tipo, o con la observacin de los daos causados en las estructuras por sismos, cuyo estudio estadstico define la vulnerabilidad observada (Barbat, 1998). Las tcnicas de evaluacin de la vulnerabilidad dependen principalmente de los siguientes factores:

Objetivo del estudio Informacin disponible Caractersticas del elemento que se pretende estudiar Metodologa de evaluacin empleada para considerar el riesgo Resultado esperado Destinatario de la informacin

METODOLOGAS EMPLEADOS PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD SSMICA EN MXICO Diversos investigadores de universidades prestigiadas como la Universidad Autnoma Metropolitana han empleado una variante de la metodologa escala MSK-92 (Escala Macrossmica Europea) para estudiar la vulnerabilidad en la colonia Roma del Distrito Federal, Mxico, la cual calibraron con los datos del sismo de septiembre de 1985, ya que estaba muy bien catalogada, tanto en el nivel de dao, los sistemas constructivos y caractersticas generales cada inmueble (Arellano y otros, 2003).

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Este mtodo tambin fue empleado para evaluar algunas ciudades del estado de Guerrero como Chilpancingo. En la tabla 1 se muestra la clasificacin de los sistemas constructivos que considera la metodologa empleada para asignarles clases de vulnerabilidad que van desde la A (ms vulnerable) y hasta llegar a la letra F (menos vulnerable).

Tabla 1. Clasificacin de los tipos de construccin en las clases de vulnerabilidad segn la escala MSK-92

Clases de Vulnerabilidad Tipos de Construccin A B C D E F

a. Adobe. Tapial. Mampostera de piedra unida con barro. b. Tabiquera de madera rellena de adobe. c. Mampostera de piedra unida con mortero de cemento con techo ligero. d. Mampostera de ladrillo o bloques sin refuerzos. e. Mampostera de ladrillo sin refuerzo con piso de hormign armado. f. Mampostera confinada de ladrillo. g. Madera.

h. Concreto reforzado sin diseo ssmico (construidos entre 1900 y 1930). i. Concreto reforzado con nivel mnimo de diseo ssmico (construidos entre 1930 y 1963). j. Concreto reforzado con nivel moderado de diseo ssmico (construidos entre 1963 y 1980). k. Concreto reforzado con nivel alto de diseo ssmico (construidos entre 1980 a la fecha).

De acuerdo con la tabla 1, las estructuras de adobe y las de mampostera sin refuerzo, en ese orden son las ms vulnerables cualitativamente respecto a la clasificacin de las distintas estructuras que se consideran en la metodologa MSK-92, ya que ambas ocupan la clase de vulnerabilidad A. Observamos que en esta tabla no se observan las estructuras metlicas. En Mxico hay pocas metodologas propias para el estudio de la vulnerabilidad y generalmente se emplean metodologas tomadas de Europa o los Estados Unidos, sin embargo dentro de las metodologas que se han desarrollado en Mxico se encuentra la del CENAPRED (Centro Nacional de Prevencin de Desastres). Este centro de investigacin propuso e identific la vulnerabilidad de las construcciones de cada uno de los estados de la repblica mexicana en una primera instancia solo considerando el material con el que estn edificadas ver figura 3.

Figura 3. Comparativo de la distribucin porcentual de viviendas que fueron consideradas vulnerables de acuerdo a la informacin proporcionada por el INEGI en los censos de 1990 y 2000 (Snchez, 2005).

En la figura 3 observamos que el estado de Chiapas se ubica como el segundo estado en cantidad de viviendas elaboradas con materiales vulnerables de acuerdo con las consideraciones del centro de investigacin y la informacin que se obtuvo de las estadsticas de los censos de poblacin y vivienda del INEGI (Instituto Nacional de Estadstica Geografa e Historia) de los aos 1990 y 2000.

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No obstante ninguno de los estudios anteriores contiene los suficientes elementos para obtener una curva de vulnerabilidad, la que tiene como fin, predecir el nivel de dao estructural que se va a presentar en las construcciones de un mismo tipo, en un sitio de inters, cuando se presente un evento ssmico que produzca cierta intensidad en ese lugar. Pese a su utilidad, la obtencin de una curva de vulnerabilidad conlleva un buen nmero de complicaciones, la mayora de ellas asociadas a la falta de informacin suficiente y confiable, relacionada con los parmetros que la definen. Lo anterior hace que las conclusiones que se obtengan a partir de ella, tengan cierto nivel de incertidumbre (Salgado, 2005). Implementando la metodologa desarrollada por (Salgado, 2005) con los datos de daos medios de los sismos que mejor han reportado los daos en Mxico, como son el sismo de Ometepec, Guerrero (1995), Oaxaca, Oaxaca (1999) y Colima, Colima (2003) y con el sismo ms importante en la historia de Villaflores, Chiapas (1995), se construy la tabla 2 y la correspondiente curva de vulnerabilidad que se muestra en la grfica de la figura 4, la cual corresponde a las viviendas rurales tpicas de Chiapas. (Gonzlez y otros, 2008) En el estudio de Gonzlez y otros, 2008, basado en el estudio de Salgado, 2005, se obtuvo la curva de vulnerabilidad, que se propone como una funcin de distribucin de probabilidad del tipo lognormal con media y desviacin estndar, las cuales estn dadas por los siguientes valores respectivamente (5.675, 0.996), como se ve en la figura 4, donde se coloca el dao esperado en cuatro sismos importantes.

Tabla 2. Estadsticas de daos medios generados en sismos recientes en ciudades del sureste y el pacfico mexicano (Gonzlez y otros, 2008, basados en Salgado, 2005)

Sismos estudiados Aceleracin

mxima suelo firme (gals)

Factor de amplificacin

Aceleracin mxima suelo blando (gals)

Dao medio estimado

Ometepec, Guerrero 14/sep/95 266 1.58 420 0.48 Oaxaca, Oaxaca 30/sep/99 40 4.91 197 0.31 Colima, Colima 21/ene/03 158 2.79 442 0.62

Villaflores, Chiapas 21/oct/95 287 1.46 419 0.39

Figura 4. Curva de vulnerabilidad para la vivienda tradicional de Chiapas construida con la metodologa propuesta por (Gonzlez y otros, 2008).

De acuerdo al modelo probabilstico de Poisson (Feller, 1991), los periodos de retorno asociados a las construcciones tradicionales de los centros histricos son: 150, 475 y 975 aos, sabemos que son pocas las construcciones de Tuxtla Gutirrez y Tapachula que tienen alto valor histrico para disearlas con periodos de retorno tan altos, para este estudio consideramos 150 aos. Con las aceleraciones mximas para los distintos periodos de retorno obtenidas por (Salgado, 2005) para Chiapa de Corzo y las obtenidas en el estudio de Gonzlez y otros, 2008, para Tuxtla Gutirrez, se obtienen los valores que permiten construir la tabla 3.

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Tabla 3. Daos medios esperados en la vivienda tradicional de Tuxtla Gutirrez y Chiapa de Corzo, Chiapas

de acuerdo con la metodologa propuesta por (Salgado, 2005)

Periodo de retorno (aos)

Dao medio esperado Chiapa de Corzo (por ciento del costo total)

Dao medio esperado Tuxtla Gutirrez (por ciento del costo total)

150 0.27 0.39 475 0.39 0.56 975 0.52 0.71

Considerando este nmero importante de porcentaje de dao esperado, el CENAPRED consider a los sistemas de adobe, bamb, lmina, cartn, entre otros como se observa en la figura 3 como muy vulnerables, es decir, que la probabilidad de que sufran daos en zonas ssmicas ante eventos de mediana magnitud es muy alta.

PATOLOGAS EN LA CONSTRUCCIN DE VIVIENDA EN CHIAPAS QUE LAS HACEN VULNERABLES

No podemos olvidar que el grueso de la construccin de los centros histricos son construcciones de mampostera generadas por autoconstruccin, cercano al 65% (Bazn 1985), lo que significa estructuras donde generalmente no se cuenta con ningn proyecto, estudio o memoria, resultando generalmente construcciones con un control de calidad muy bajo, mayor nivel de vulnerabilidad y patologas relacionadas a los errores comunes no identificados por desconocimiento, creencias de los constructores, entre otros. No obstante que hay un porcentaje cada vez mayor de estructuras realizadas por empresas constructoras, no se libran de presentar patologas. Para poder hablar de patologas de la construccin en Chiapas debemos entender como patologa las deficiencias sistemticas que se presentan en la mayora de las construcciones, las que se propagan por cuatro causas bsicamente:

1. Mala calidad de los materiales empleados en la construccin de la vivienda. Las empresas que producen las piezas empleadas en la mampostera (tabiques, bloques, tabicones), generalmente son artesanales con pobre control de calidad.

2. Errores constructivos que no son identificados como tal por los constructores, por falta de

actualizacin tcnica que los lleva a repetir prcticas incorrectas, que se les otorga el calificativo de paradigmas constructivos, los cuales sobrevienen por desconocimiento y falta de capacitacin de algunos integrantes del sector. (Gonzlez y otros, 2004)

3. Falta de la cultura de la calidad en la supervisin. La supervisin de las obras en general es nula (el

mismo constructor se supervisa a s mismo) o ejecutada por personal sin la capacitacin suficiente, ya que se emplean recin egresados a quienes se les enfatiza y prepara en la empresa, para verificar los avances de obra y los costos de estos avances, dejando en muchas ocasiones de lado la calidad.

4. Falta de reglamentos, normas tcnicas y legislacin en materia de construccin, que se basen en

estudios de los parmetros ndices especficos de los materiales locales y regionales. En ello las universidades y las autoridades de la regin no se haban involucrado en la medida de la importancia del problema, ya sea por falta de infraestructura, de personal suficiente y/o de apoyos para la investigacin.

Existen factores que se presentan en el proceso constructivo, los cuales no se pueden atribuir a los cuatro puntos que se describen en la lista anterior, ya que son debidos directamente al deseo de producir construcciones a un menor costo, tal es el caso del uso de sistemas estructurales sin estudios previos que los avalen, y el uso de normativas que no sean propicias para lo que se disea, entre otras.

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Adicionalmente, podemos mencionar patologas debidas a la falta de conocimiento y/o estudio de los procesos qumicos, fsicos y biolgicos de los materiales, por ejemplo: generacin de hongos por presencia de materia orgnica en el agua o en los materiales empleados para la construccin de la mampostera, la lluvia cida que corroe y meteoriza las construcciones, las races de rboles y plantas que se introducen bajo la estructura de cimentacin y muros produciendo oquedades y por consiguiente asentamientos diferenciales que redundan en un cambio en la forma de trabajo de los elementos de cimentacin de compresin a flexin, entre otros (Gonzlez y otros, 2004).

DEFICIENCIAS EN LA MAMPOSTERA: PIEZAS, MORTEROS Y CONJUNTO En el estado de Chiapas se presentan cambios importantes en las caractersticas de los materiales de construccin que surgen del subsuelo (principalmente piezas para mampostera bloques, tabicones y tabiques - y agregados gravas y arenas -), por lo cual deben hacerse investigaciones para identificar las condiciones de cada regin haciendo muestreos en distintos bancos de material y plantas de fabricacin. Para ejemplificar lo anterior, Ruz y otros, (2006) realizaron una investigacin estadstica en la capital del estado, donde se ejecutaron pruebas en el laboratorio de materiales de la Facultad de Ingeniera de la UNACH a las piezas, morteros y mamposteras de la ciudad de Tuxtla Gutirrez, tanto en tabiques de arcilla y bloques de concreto, colocados en pilas verticales de cinco piezas para tabique y dos piezas para los bloques, para pruebas de compresin pura en muretes. Las pruebas se realizaron de acuerdo con lo solicitado en el protocolo de pruebas del apndice A de las NTCM-RCDF-2004 (Normas Tcnicas Complementaras de Mampostera del Reglamento de Construccin del Distrito Federal) y la NMX-C-404-ONNCCE-1997 (Normas Mexicanas y el Organismo Nacional de Normalizacin de Materiales Componentes y Sistemas Estructurales). De los resultados de las pruebas se puede afirmar que en Tuxtla Gutirrez se presentan piezas con capacidades a la compresin en rangos desde 1.5 y hasta 4MPa (Desde 15 y hasta 40Kg/cm2), lo cual es muy pobre considerando que el RCDF en sus NTCM-2004 permite emplear piezas con resistencias superiores a los 6MPa (60Kg/cm2). Los resultados obtenidos por los estudios anteriores son consistentes con lo que se han registrado en estudios encontrados en la literatura, donde se enfatiza la variacin y poca resistencia de las piezas en el estado, siendo mayor este fenmeno en la zona Norte y en la Regin Central, donde se ubica la capital del estado Tuxtla Gutirrez y las piezas con mayor resistencia se ubicaron en el Soconusco (Gonzlez y otros, 2004). En la figura 5, se observan elementos orgnicos contaminantes de la pieza, los cuales estn dispersos en la estructura interna del mismo bloque, este tipo de patologas en las piezas suele ser recurrente en la regin de los Altos de Chiapas y determina la resistencia final, el tiempo de vida de la construccin e incluso la propensin de la pieza a ser atacada por hongos y bacterias.

Figura 5. Fragmento de bloque de concreto contaminado con matera orgnica, la pieza corresponde a un fabricante de San Cristbal de las Casas, Chiapas, en esta regin se suna a las patologas el fenmeno de

reaccin qumica alcalo silice.

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Analizando los requisitos para el desarrollo de mampostera estructural dados por las NTCM-RCDF-2004 y retomados por el reglamento de Chiapas, el cual considera ocho de los municipios del estado, entre ellos el de Tuxtla Gutirrez, se realiz un estudio que muestra el efecto de considerar las resistencias reglamentarias del mortero estructural que van desde los 4MPa para mortero tipo N y hasta 12.5MPa para mortero tipo M (Desde 40 y hasta 125Kg/cm2) con la combinacin de resistencias para piezas encontradas por Ruiz y otros, (2006) y as obtener las resistencias de los muros que se construyen en Chiapas y las consecuencias de tener resistencias muy bajas en las piezas. En la Tabla 4 se muestran los rangos de resistencias de tabiques y bloques avaladas por los reglamentos de construccin del Distrito Federal y los valores de resistencias encontrados por Ruz y otros, (2006) para Tuxtla Gutirrez. Tambin se consideran los tres tipos de morteros estructurales solicitados por los reglamentos de construccin. Con la combinacin analtica de estos parmetros se obtienen resistencias del conjunto piezas y mortero, el cual tcnicamente se denomina mampostera.

Tabla 4. Comparativa de resistencias de piezas, morteros y mampostera para el Distrito Federal y la ciudad de Tuxtla Gutirrez, Chiapas

Resistencia a la compresin de piezas (fp), con base en rea neta, (kg/cm2) RCDF

Resistencia a la compresin de piezas (fp), con base en rea

neta, (kg/cm2) encontradas en Tuxtla Gutirrez

Tabiques M S N Tabiques M S N500 160 130 110 50 48 39 33400 140 110 90 40 42 33 27300 120 90 70 30 36 27 21200 80 70 50 20 24 21 15150 60 60 40 15 18 18 12100 40 40 30 10 12 12 90 0 0 0 0 0 0 0

Bloques M S N Bloques M S N200 100 90 80 20 30 27 24150 75 60 60 15 22.5 18 18100 50 45 40 10 15 13.5 120 0 0 0 0 0 0 0

Resistencia a la compresin de la mampostera (fm), con base en el rea

neta, (kg/cm2)

Resistencia a la compresin de la mampostera (fm), con base en el rea

neta, (kg/cm2)

En la grfica que corresponde a la figura 6a y 6b, se muestra la pobreza de los muros construidos en la mayora de las regiones de Chiapas con piezas dbiles, lo que permite preveer que las construcciones presentaran un comportamiento ms frgil del deseable (propenso a fallas sbitas) y que el proyecto arquitectnico demandar mayores longitudes de muros y/o espesores de estos en ambas direcciones de anlisis (longitudinal y transversal), lo cual generalmente no se hace, como puede verse en las plantas arquitectnicas que se muestran en la figura 7, y que representan plantas tipo de proyectos arquitectnicos que se construyeron en la ciudad de Tuxtla Gutirrez, Chiapas en los ltimos tres aos.

Figura 6a y 6b. Se muestra respectivamente la comparacin de las resistencias de mampostera de piezas de

tabique (a) y bloques (b) de acuerdo con RCDF y RCCH.

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En la figuras 7a, 7b, 7c y 7d se muestran cuatro plantas arquitectnicas de construcciones de distintos fraccionamientos desarrolladas por empresas constructoras locales, las cuales muestran que la longitud de los muros en la direccin x no son adecuadas, ya que las NTCM-RCDF-2004 castigan a los muros con longitud menor a 1,500mm, por lo cual su diseo requiere de elementos ms resistentes (muros de concreto) y ms nmero de detalles estructurales para asegurar un diseo menos vulnerable.

Figura 7a, 7b, 7c y 7d. Se muestran cuatro plantas arquitectnicas de fraccionamientos de inters social y

medio en la ciudad donde se observa como se agudiza el problema de la pobre resistencia de la mampostera con la escasa cantidad de muros en la direccin x de las estructuras.

En los centros histricos tambin hay viviendas de adobe, desafortunadamente no hay estudios profundos, por lo cual se seleccionaron los de Vera y otros, 2004 para evaluar la vulnerabilidad por su similitud con el adobe que se construye en Chiapas y por ser de los estudios ms recientes que se han hecho en Mxico al adobe artesanal y semi tecnificado. Como se observa en las grficas de las figuras 8a, 8b y 8c muestran una gran dispersin en las propiedades ndice del material tal como se observa en los rangos de los datos que dieron origen a las grficas:

Resistencia a compresin f*m desde 0.18MPa (1.81 Kg/cm2) y hasta 0.76MPa (7.57 Kg/cm2) Modulo elstico E desde 76MPa (760 Kg/cm2) y hasta 4,943MPa (49,430Kg/cm2). Resistencia a corte v* desde 0.04MPa (0.37 Kg/cm2) y hasta 0.08MPa (0.76Kg/cm2).

Figura 8a, 8b y 8c. (a) Se observa la variacin de la resistencia al corte de las piezas de adobe, (b) Se muestra la variacin del mdulo elstico y en (c) La variacin de la resistencia a compresin del conjunto

adobe con mortero. Grficas elaboradas con los estudios (Vera y otros, 2004).

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En la actualidad se continua empleando el mismo sistema constructivo y estructural de adobe y mampostera sin refuerzo, sin embargo, debido al elevado costo de los terrenos se quiere aprovechar al mximo el rea de stos, por lo cual se reducen los espesores y densidades de muros como si se tratara de sistemas de mampostera de tabique de barra recocido o block de concreto, sabiendo que el adobe como conjunto presenta un valor cercano al 10% de la capacidad a compresin y corte de las piezas que conforman los sistemas estructurales a los que se quieren imitar con adobe. Adems hoy en da las construcciones presentan irregularidades por la configuracin en planta (plantas alargadas), por la falta de muros repartidos regularmente en ambas direcciones, con el fin de disminuir los efectos de torsin. Cabe resaltar que la relacin de aspecto de la planta (razn entre el largo y el ancho) influye significativamente en la respuesta estructural, ya que la seal ssmica inducida en uno de los extremos respecto al otro induce deformaciones diferenciales, las diferencias son mayores entre ms alargada sea la planta. En la figura 6 se observa que entre ms alargada es la planta arquitectnica, los esfuerzos se concentran y maximizan en las esquinas y la participacin del resto de los muros perimetrales del lado largo de la planta es menor, impacta de manera muy importante, ya que entre ms alargada es la planta se aporta ms masa inercial (fenmeno que es comn en iglesias donde termina por desprenderse el frontis).

Figura 9a, 9b y 9c. Plantas tpicas de construcciones de Chiapas con distintas relaciones de aspecto (1:5, 1:4 y 1:1.5, respectivamente), modeladas con SAP2000 v10.0.1. Advanced (Gonzlez y otros, 2007).

En la figuras 10a y 10b se muestran los resultados del trabajo referido (Gonzlez y otros, 2007), donde se aprecia cmo se reduce la capacidad de desplazamiento y rotacin en plantas alargadas de estructuras. Los resultados de las grficas para las distintas relaciones estn normalizados respecto a plantas arquitectnicas cuadradas (con relacin largo ancho 1:1). La capacidad de desplazamiento se reduce hasta un 50% y la de rotacin hasta en un 80%.

Figura 10a y 10b. En las grficas se muestra como se reducen las capacidades de desplazamiento y rotacin

para estructuras con relaciones largo ancho desde 1:1 y hasta 1:5 (Gonzlez y otros, 2007).

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En el estudio (Aguilar, 2006 y Salgado, 2005) se calibraron los modelos analticos con los resultados de un anlisis de vibracin ambiental. Dentro de las caractersticas dinmicas del sistema constructivo en viviendas del Centro histrico de Tuxtla Gutirrez y Chiapa de Corzo, se destaca que son estructuras muy rgidas donde el perodo para estructuras de una planta est entre 0.10seg y 0.15seg y de dos plantas entre 0.15seg y 0.25seg, periodos que corresponden a los del suelo.

CONDICIONES DE LOS CENTROS HISTRICOS DE TUXTLA GUTIRREZ Y TAPACHULA Los sistemas constructivos empleados en los centros histricos de Chiapas son muy diversos y se caracterizan por la variedad de materiales, niveles de mantenimiento y conservacin, pero se generaliza un uso cada vez ms comercial, el cual tiene a modificar la estructura existente en la mayora de los casos sin intervencin estructural, ver figuras 11a y 11b.

Figura 11a y 11b.Caractersticas del centro histrico de Tapachula de Crdova y Ordoez, Chiapas.

Las estructuras del centro histrico de stas ciudades se caracterizan por tener poca o nula cantidad de refuerzo, pero tenan una cantidad importante de muros que por la necesidad comercial ha sido modificado lo que predice tendrn un comportamiento estructural muy pobre durante eventos ssmicos moderados e intensos, ya que un porcentaje muy bajo de estos proyectos se hacen respetando un cdigo, sin supervisin tcnica ni materiales adecuados, menos an partiendo de un proyecto ejecutivo que considera lo estructural como parte integral. Cuando se presentan fenmenos naturales como huracanes, sismos o inundaciones, en distintos pases del mundo, las construcciones de adobe o mampostera sin refuerzo o mal reforzada han mostrado por lo general un comportamiento estructural inadecuado, deterioro significativo y en algunos casos se present el colapso parcial o total, aunado en un gran nmero de decesos y prdidas econmicas (Hernndez y otros, 1979).

Figura 12. Mapa de la Repblica Mexicana donde se muestra el comportamiento del empleo de viviendas de adobe (Vera y otros, 2004)

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En el sureste mexicano por tradicin los centros histricos se construyeron con adobe y madera, hasta finales del siglo XIX se entenda su uso masivo por ser el nico sistema estructural que por las caractersticas de la regin era factible de ser empleado, stos materiales predominan en Tapachula no as en Tuxtla Gutirrez que es una ciudad joven. Aunque en la mayora de las regiones del pas han disminuido el uso de estructuras de adobe, hay otras en las que se mantiene el porcentaje, tal es el caso del estado de Chiapas como se muestra en la figura 12. En la figura 12 tambin se resaltan los casos de Guerrero, Oaxaca y Chiapas, los cuales son muy ejemplificadores, ya que estos tres estados se ubican en la regin con mayor peligro ssmico del pas y cuentan con un importante grupo de viviendas de adobe que corresponden al 34.77%, 26.69% y 17.12%, respectivamente e incluso en algunas de las localidades rurales de estos tres estados, las construcciones con adobe alcanzan hasta el 90% del total de las construcciones existentes (Vera y otros, 2004). De acuerdo con el anlisis de los datos de censos de poblacin y vivienda 2005 se determina que mientras el nmero de construcciones de adobe en las zonas rurales va aumentado, en los centros histricos urbanos de Chiapas muchas de las viviendas de adobe son demolidas para cambiar el sistema constructivo por mampostera tradicional y para hacer construccin vertical, ya que el valor del suelo aumenta al ubicarse en el centro de la poblacin, aunado al intemperismo, el paso del tiempo y los sismos, factores que han hecho que su nmero vaya en franco declive, como se puede ver en las fotografas de la figuras 13a y 13b, donde se presenta la demolicin de una vivienda de adobe de dos niveles en el centro histrico de la ciudad de Tuxtla Gutirrez, para la construccin de un edificio con estructura metlica y la demolicin en el ao 2006 de otra vivienda de adobe para la construccin de locales comerciales con estructura de mampostera confinada.

Figuras 13a y 13b. Demolicin en el ao 2007 de vivienda de dos niveles y en ao 2006 una vivienda de un nivel de estructura de adobe ubicadas en el centro histrico de Tuxtla Gutirrez, Chiapas

Este fenmeno de decrecimiento de viviendas de adobe en las ciudades no es un fenmeno apreciado en el medio cultural, entre los historiadores, arquitectos y/o restauradores, pero es un fenmeno que se incrementa en las ciudades con fundacin reciente o con escaso proteccionismo a sus monumentos histricos, prcticamente todos estos elementos se conjuntaron en las viviendas de adobe de Tuxtla Gutirrez e incluso en ciertas zonas de ciudades con imagen colonial, como el caso de Chiapa de Corzo. En Tuxtla Gutirrez se encontraron solo 28 construcciones de adobe en 589 estructuras censadas en el centro histrico (Hernndez, 2005, Guilln, 2005).

MICROZONIFICACIN DE TUXTLA GUTIRREZ Y TAPACHULA A mediados de los noventa, la UAM Azcapotzalco (Alonso y otros, 1995) coordin a un equipo de especialistas que determin el primer mapa de Microzonificacin para la ciudad de Tuxtla Gutirrez, donde mediante vibracin ambiental se estudiaron 75 puntos de la ciudad considerando espectros de Fourier. En este trabajo se hicieron adicionalmente las primeras aproximaciones para la microzonificacin en la ciudad de Tapachula, los cuales no se concluyeron.

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Los trabajos desarrollados incluyeron un mapa de isoperiodos que manifest que la ciudad presenta un suelo muy homogneo con tres curvas: 0.15, 0,20 y 0.25. Lo que redunda en un solo espectro para suelo firme con amortiguamiento del 5.0% y con un coeficiente ssmico de 0.60, el cual difiere con otras propuestas que van desde 0.30 y hasta 0.75., como se observa en la figura 12. Los resultados anteriores muestran lo vulnerable que son las estructuras que se disearon previos al sismo de Villaflores en 1995, donde el coeficiente ssmico lleg a un valor de 0.12g, cinco veces menor que el propuesto en los estudios anteriores.

Figura 12. Comparacin de los espectros resultados de distintos estudios en el estado de Chiapas (Alonso y otros, 1995).

Los estudios de microzonificacin para la ciudad de Tuxtla Gutirrez, Chiapas continuaron en los aos 2004, 2005 y 2006, con los trabajos desarrollados por la UNACH y la UNICACH (Narca y otros, 2006), mediante los cuales se complement el mapa de microzonificacin para la ciudad, considerando las nuevas colonias y refinando puntos del estudio previo (se pas de 75 a 96 puntos de medicin), los resultados se observan en la figura 13.

Figura 13. Perodo natural de vibracin del suelo de acuerdo con los estudios de Narca y otros, 2006. El estudio seal que el periodo natural de los suelos de Tuxtla Gutirrez es de 0.10 a y hasta 0.53seg., las amplitudes encontradas son del orden de 13 y se hace conciencia de la vulnerabilidad ssmica de la cuenca sedimentaria donde se desplanta la ciudad. En la figura 14 se presentan los espesores de los sedimentos que van desde 3,820 y hasta los 19,950mm. Se concluy que el terreno debe clasificarse como firme, para las zonas rgidas e intermedio para la mayora del valle, la variacin de los espesores de sedimentos aportan al efecto de sitio para el suelo de la ciudad una velocidad promedio de ondas de corte =1.5x105mm/s.

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Figura 14. Espesores de los sedimentos para Tuxtla Gutirrez con los estudios de Narca y otros, 2006.

ESTUDIO DE VULNERABILIDAD DE TUXTLA GUTIRREZ Y TAPACHULA La ciudad de Tuxtla Gutirrez presenta un crecimiento poblacional muy importante, siendo una de las diez con ms crecimiento del pas, as como en la construccin de viviendas nuevas, lo cual se observa en las figuras 15a y 15b, de acuerdo con lo reportado en la pgina internet del INEGI, ste factor ha potenciado la vulnerabilidad de la ciudad.

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

CrecimientodelapoblacinenTuxtlaGutirrez

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

ViviendasParticularesHabitadas

Figura 15. Crecimiento poblacional y en nmero de viviendas habitadas de la ciudad de Tuxtla Gutirrez, Chiapas, de acuerdo con lo reportado por el INEGI.

Tomando como referencia de un promedio de 25 estructuras por manzana en la investigacin realizada en la colonia Roma, en donde se emplearon procedimientos similares a ste. A este nmero de estructuras por manzana se le llamar ne, y conociendo la cantidad de manzanas Nm se tiene la siguiente relacin:

e

m

nNk = (1)

Que constituye la fraccin de muestreo, y sea R un nmero aleatorio con dos cifras decimales significativas entre 0.01 y la relacin anterior en el que la parte entera constituye el primer conglomerado en la muestra, agregando la fraccin de muestreo al nmero anterior y tomando nuevamente la parte entera se tiene el segundo conglomerado en la muestra, y siguiendo el mismo procedimiento, hasta completar el nmero total de manzanas contenidas en la poblacin.

14


knRkRkRR )1(,...,2,, +++ (2)

De acuerdo al tipo de informacin disponible en la zona elegida para la investigacin, la cual se observa en la figura 16, se considera que el mejor marco de muestreo para este caso es el muestro por conglomerados (manzanas), que despus de elegir los conglomerados se continuar con la muestra total de ellos. En este mtodo de muestreo se han considerado a las manzanas como conglomerados, debidamente numeradas desde la parte superior derecha y continuando hacia la izquierda, sobre el croquis correspondiente al rea de estudio (Hernndez, 2005).

Figura 16. Croquis de la localizacin del rea de estudio en el centro histrico de Tuxtla Gutirrez, Chiapas, (Hernndez, 2005).

A continuacin se muestra grficamente en las figuras 17a y 17b, el porcentaje de vulnerabilidad de estructuras de mampostera y concreto con distintos niveles de refuerzo, siendo la vulnerabilidad A estructuras de adobe y mampostera sin refuerzo hasta niveles muy importantes de refuerzo que alcanzaran grado F. Los autores no consideran que la mampostera tenga vulnerabilidad clasificada como grados E y F, adicionalmente en el muestreo se sobre estima la seguridad de la mampostera alcanzando un porcentaje cercano al 80% las viviendas que se clasifican con menores vulnerabilidades. Los resultados de estructuras de concreto presentan valores ms cercanos a la realidad.

4.46 0.54

16.07

71.61

6.960.36

A B C D E F

Porcentajedevulnerabilidaddeestructurasdemamposteraconysinrefuerzo

Porcentaje

5.56

66.67

22.22

5.56

C D E F

Porcentajedevulnerabilidaddeestructurasdeconcretoreforzado

Porcentaje

Figura 17a 17b. Croquis que representa la clase de vulnerabilidad de estructuras de mampostera con y sin refuerzo, as como de concreto reforzado con distintos niveles de detallado en Tuxtla Gutirrez, Chiapas

basado en el trabajo de campo de Hernndez, 2005.

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En Tapachula, la segunda ciudad en importancia de Chiapas, no existe una normativa obligatoria para el diseo estructural. La mayora de los proyectos de estructuras de mampostera que se realizan en la ciudad hacen referencia a normativas que no necesariamente tienen aplicacin en esta localidad. Es evidente el uso de configuraciones estructurales inadecuadas as como la falta de asesora tcnica en el proyecto, diseo y construccin de estas estructuras. Una revisin preliminar de la informacin registrada en campo en mayo de 2008, muestra que actualmente predomina la casa construida con muros de ladrillo, techos de teja, de lmina de asbesto o metal y pisos de cemento o firme. El tiempo y los terremotos se han ido encargando de erradicar, en el centro histrico, gran parte de las construcciones anteriores a los aos 20 del siglo pasado. Las antiguas estructuras de mampostera sin refuerzo, a base de adobe, en especial las iglesias, se conservan a costa de reparaciones y reconstrucciones destinadas a esperar el prximo sismo (figura 18).

Figura 18.Iglesia en el centro histrico de Tapachula, construida originalmente en el siglo XVIII a base de adobe, reforzada posteriormente con concreto y mampostera.

Las construcciones de mampostera posteriores a los aos 20 del siglo pasado, especialmente a partir de la dcada de los cuarenta, aparentan ser relativamente seguras aunque en muchos casos han tenido que reforzarse con una amalgama de concreto reforzado y mampostera. Pese a que no han sufrido dao notorio ante la presencia de sismos esto no las exime de la conveniencia de un buen programa de evaluacin y diagnstico estructural. En el estudio de campo mencionado se detect la necesidad de concientizar a la gente de readecuar algunas de las estructuras censadas aunque actualmente tienda a creerse que no hay necesidad porque las edificaciones, o bien han resistido terremotos anteriores, o por ser nuevas son invulnerables a sismos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Los centros histricos de las ciudades ms grandes e importantes poltica y econmicamente del estado de Chiapas, presentan un riesgo ssmico muy importante caracterizado por factores muy especficos y comunes a ambas ciudades como:

La alta vulnerabilidad de las construcciones e infraestructura, La alta densidad de poblacin y marginacin de la misma, La falta de normas de diseo y capacitacin del medio de la construccin, El tiempo transcurrido sin la presencia de fenmenos ssmicos importantes, El nmero y cercana de las fuentes sismognicas asociadas con la regin, La poblacin y autoridades poco preparadas para enfrentar emergencias ssmicas.

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En gran parte el problema de las patologas que presentan las construcciones en los centros histricos de Chiapas se originan porque no existe investigacin y experimentacin de un nivel importante y constante, con lo cual se deriva la carencia de informacin para integrar reglamentos, normas y procedimientos con las particularidades que deben tenerse en cada regin y se termina, en el mejor de los casos, refirindose a reglamentos nacionales o internacionales que no siempre dan respuesta clara a las necesidades locales y eso es una constante para la mampostera. Las consecuencias de los sismos ocurridos en la regin sureste del pas han cobrado vidas, trascendiendo en los grupos con mayor grado de marginacin de la poblacin, que por desconocimiento y carencia de recursos, recurre a la autoconstruccin con materiales de baja calidad y pobre comportamiento estructural para edificar su vivienda. La experiencia emprica no necesariamente da respuestas correctas a los procedimientos constructivos que han venido usndose. En este artculo se ha hecho nfasis en la necesidad del conocimiento de las propiedades ndices y las caractersticas regionales para el diseo y la construccin de estructuras de mampostera, por lo que adicional a identificar el problema y conociendo nuestro compromiso como entidades de educacin superior, dos de las universidades pblicas de la regin (Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas y Universidad Autnoma de Chiapas), trabajamos actualmente en normas tcnicas mnimas para Tapachula y Tuxtla Gutirrez.

AGRADECIMIENTO Los autores agradecen muy especialmente al CONACYT, COCyTECH y al Gobierno del Estado de Chiapas, por financiar los proyectos FOMIX CHIS-2005-C05-22052 y FOMIX CHIS-2007-007-78716, que corresponden a Tapachula y Tuxtla Gutirrez, respectivamente. El presente documento representa un reporte de las actividades que se han realizado. Tambin se agradece a la Universidad de Ciencias y Artes de Chiapas, a la Universidad Autnoma de Chiapas y a la Universidad Autnoma Metropolitana, por el apoyo, tiempo y facilidades otorgadas a los participantes del proyecto para realizar la investigacin que se presenta.

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http://www.fema.gov/hazus/

ANLISIS DE VULNERABILIDAD DE LAS CONSTRUCCIONES DEL CENTRO RESUMENABSTRACTINTRODUCCINANLISIS DE VULNERABILIDAD CUALITATIVO Y CUANTITATIVO DE SISFigura 1a y 1b. Esquemas para determinacin de dao ssmico Figuras 2a y 2b. SUGL empleado por la metodologa HAZUS y SM

METODOLOGAS EMPLEADOS PARA EVALUAR LA VULNERABILIDAD SSMICTabla 1. Clasificacin de los tipos de construccin en las cTipos de ConstruccinClases de VulnerabilidadABCDEFa. Adobe. Tapial. Mampostera de piedra unida con barro.b. Tabiquera de madera rellena de adobe.c. Mampostera de piedra unida con mortero de cemento con ted. Mampostera de ladrillo o bloques sin refuerzos.e. Mampostera de ladrillo sin refuerzo con piso de hormignf. Mampostera confinada de ladrillo.g. Madera.(((((((h. Concreto reforzado sin diseo ssmico (construidos entre i. Concreto reforzado con nivel mnimo de diseo ssmico (coj. Concreto reforzado con nivel moderado de diseo ssmico (k. Concreto reforzado con nivel alto de diseo ssmico (cons((((

Figura 3. Comparativo de la distribucin porcentual de vivieTabla 2. Estadsticas de daos medios generados en sismos reSismos estudiadosOmetepec, Guerrero 14/sep/95Oaxaca, Oaxaca 30/sep/99Colima, Colima 21/ene/03Villaflores, Chiapas 21/oct/95

Figura 4. Curva de vulnerabilidad para la vivienda tradicionTabla 3. Daos medios esperados en la vivienda tradicional dPeriodo de retorno (aos)Dao medio esperado Chiapa de Corzo (por ciento del costo toDao medio esperado Tuxtla Gutirrez (por ciento del costo t1500.270.394750.390.569750.520.71

PATOLOGAS EN LA CONSTRUCCIN DE VIVIENDA EN CHIAPAS QUE LASDEFICIENCIAS EN LA MAMPOSTERA: PIEZAS, MORTEROS Y CONJUNTOFigura 5. Fragmento de bloque de concreto contaminado con maTabla 4. Comparativa de resistencias de piezas, morteros y mFigura 6a y 6b. Se muestra respectivamente la comparacin deFigura 7a, 7b, 7c y 7d. Se muestran cuatro plantas arquitectFigura 8a, 8b y 8c. (a) Se observa la variacin de la resistFigura 9a, 9b y 9c. Plantas tpicas de construcciones de ChiFigura 10a y 10b. En las grficas se muestra como se reducen

CONDICIONES DE LOS CENTROS HISTRICOS DE TUXTLA GUTIRREZ Y Figura 11a y 11b.Caractersticas del centro histrico de TapFigura 12. Mapa de la Repblica Mexicana donde se muestra elFiguras 13a y 13b. Demolicin en el ao 2007 de vivienda de

MICROZONIFICACIN DE TUXTLA GUTIRREZ Y TAPACHULAFigura 12. Comparacin de los espectros resultados de distinFigura 13. Perodo natural de vibracin del suelo de acuerdoFigura 14. Espesores de los sedimentos para Tuxtla Gutirrez

ESTUDIO DE VULNERABILIDAD DE TUXTLA GUTIRREZ Y TAPACHULAFigura 15. Crecimiento poblacional y en nmero de viviendas (1)(2)Figura 16. Croquis de la localizacin del rea de estudio enFigura 17a 17b. Croquis que representa la clase de vulnerabiFigura 18.Iglesia en el centro histrico de Tapachula, const

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESAGRADECIMIENTOBIBLIOGRAFA

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