Antecedentes.
El Dr. Monzón indica que la Ingeniería Sismorresistente ha progresado con avances y traspiés durante el Siglo XX. Al igual que en muchas otras disciplinas, se trata de un desarrollo de prueba y error. Los ingenieros utilizan muchas ecuaciones, buscando estandarizar los resultados; sin embargo, en algunas ocasiones se hace necesario cambiarlas. Un ejemplo de ello sucedió en Francia, en donde anteriormente se utilizaba una ecuación particular para los puentes voladizos, los cuales presentaron deflexiones inesperadas, por lo que fue necesario corregir una de las fórmulas. Esto aplica de la misma manera en la Ingeniería Sismorresistente para edificios.
En la región centroamericana, luego de los terremotos de 1917 y 1918 registrados en Guatemala, se veían escenas dramáticas de derrumbes por toda la ciudad. Casi 60 años después, en 1976, el resultado en la ciudad fue mejor; sin embargo en las poblaciones semi-rurales del interior a lo largo de la línea de falla, se veía nuevamente una escena dramática, llena de escombros.
En los países centroamericanos más del 70% del volumen de construcción es construcción menor, la cual guarda tanta importancia como los edificios. Afortunadamente incluso la construcción empírica se ha desarrollado y empieza a ser razonablemente ejecutada; sin embargo, en Guatemala aún no está bien regulada y se ven muchas edificaciones de este tipo a lo largo del país. Lamentablemente sabemos que, en el evento de un sismo fuerte, éstas serán las obras que presentarán mayores problemas.
“El sismo es poco frecuente, pero cuando sucede es algo sumamente grave.”
Conceptos Constructivos para la Construcción Mayor.
Cuando los europeos vinieron a América, descubrieron que debían enfrentarse a la tecnología constructiva tomando en cuenta los sismos fuertes y frecuentes, a lo cual ellos no estaban acostumbrados.
A raíz de ello, durante 400 años los sismos se han enfrentado en dos formas en la región:
- Construcción Masiva. Mientras más grande era la pared, se esperaba que los resultados fueran mejores. De ahí que puedan verse paredes de 1 vara de espesor o incluso mayores, para edificios sumamente importantes de la época.
- Resignación. Se hacía lo posible al construir, pero si la naturaleza traía un sismo fuerte, éste y sus consecuencias simplemente debían aceptarse.
Lo anterior ha cambiado en los últimos años. La Ingeniería Sismorresistente ha atravesado por un proceso evolutivo de seguridad en el último siglo, mejorando paso a paso los sistemas constructivos. Conforme eso sucede, el usuario aumenta sus expectativas, las cuales son cada vez más demandantes; esto se traduce a que el usuario o propietario espera que su bien inmueble sea invulnerable a los sismos.
“Actualmente, los edificios son sismorresistentes, no son asísmicos”.
Mampostería.
Durante siglos, el método de construcción ha sido la mampostería de ladrillo, piedra, o mortero. Éste es un sistema efectivo para resistir compresiones que se generan dentro de la estructura y las paredes por la fuerza de gravedad. Sin embargo, no resiste tracciones. A partir de ello, alrededor 1930 y 1940 surge el uso el concreto con refuerzo de acero, y se genera una nueva mampostería integrada.
Los edificios utilizaban concreto reforzado con columnas y vigas, y la mampostería era sumamente importante. Para edificios de gran importancia, especialmente en edificios públicos, se construían paredes de media vara de espesor, con el valor agregado del concreto. Durante un sismo fuerte, dichas edificaciones sufrían grietas pero eran tan robustas que resistían los sismos. Sin embargo, debe considerarse que después de un sismo fuerte es necesario agregar un refuerzo de reparación. Un ejemplo de este tipo de edificaciones es el Palacio Nacional de Guatemala, en el cual se combina el ladrillo de cierto grosor con amarres generados de concreto con refuerzo.
En los años 50 la mampostería era una carga, ya no servía para cargar dentro de la estructura. Las cargas de los edificios posaban sobre columnas de 45 a 50 centímetros, lo cual es adecuado para soportar fuerzas de gravedad. Los Ingenieros desarrollaron normas para estandarizar la construcción, con lo cual se diseñaron fórmulas con variables y fuerzas para que las estructuras soportaran los sismos.
Alrededor de 1960 no era posible saber exactamente cuál era la potencia de un sismo, pero se utilizaban las mismas fórmulas para diseñar con un factor de seguridad de hasta 40% más de la carga calculada para el edificio. Sin embargo en los años 70s y 80s se detectó que el uso de dicho factor de seguridad podría generar una confianza aumentada en el diseño, ya que ante un sismo muy fuerte los edificios seguían colapsando. En ese sentido, todo se reducía nuevamente a la resignación. En ese tiempo, las expectativas eran tan bajas, que después de un sismo en el cual toda una cuadra estaba en escombros, quienes habitaban un edificio que aún seguía en pie, sentían un gran alivio, incluso si en el interior estuviese completamente destrozado.
Otros Factores.
Posteriormente, se detectó la necesidad de agregar un factor a las fórmulas de diseño estructural según el tipo de suelo o terreno. Por otro lado, es diferente diseñar una escuela, una casa unifamiliar o un hospital. A raíz de ello, se integró a la fórmula un factor de importancia, el cual se incrementa de acuerdo a la relevancia que se asigne a la obra.
Durante los años 60s, investigadores académicos notaron que los sismos eran de 3 a 5 veces más potentes de lo que indicaban las fórmulas de diseño, sin embargo, no era económicamente viable construir edificios de 3 a 5 veces más resistentes. A raíz de lo anterior se concluyó que era necesario considerar una reserva de emergencia para los edificios, lo cual significa que el edificio mantendría su capacidad básica inicial (capacidad elástica) y además una reserva posterior, llamada ductilidad.
Para lograr la ductilidad en la estructura, alrededor de 1970 empezó a utilizarse una gran cantidad de estribos, lo cual difería de lo que se hacía anteriormente. Éste fue un cambio de gran relevancia en la Ingeniería Sismorresistente a nivel mundial.
La ductilidad salva vidas y protege bienes, pero ésta tiene un precio a considerar: la estructura se consume a sí misma con cada sismo. No es posible saber cuándo ocurrirá el próximo sismo, pero es hasta ese momento cuando se hace notoria la necesidad de reparaciones a la estructura. Uno de los desafíos en este caso, es que en el evento de un sismo fuerte será necesario reparar muchas estructuras en el mismo momento. Dichas reparaciones provocan el desplazamiento de población, lo cual se hace cada vez menos aceptable; nadie quiere volver a la resignación de tiempos anteriores.
Evaluación de Amenaza Sísmica.
En 1970 surgió otro avance importante: Se empezó a cuantificar el sismo. Se trataba de responder la pregunta: ¿Cuántos sismos pueden llegar a un punto específico en cierto tiempo? Se calculó entonces la probabilidad de ocurrir ciertas intensidades de sismos, así como cuál sería el “sismo máximo creíble” que podría ocurrir en un lugar. Así surgió la técnica de evaluación de amenaza sísmica. Esta variable se identificó con un nuevo número en la fórmula, el cual se ha venido refinando con el tiempo; sin embargo, al tratar de diseñar una estructura con el sismo máximo, es sumamente difícil de costear dentro del parámetro económico de la construcción actual. Entonces, se busca un valor que sea más fácil de manejar. De ahí, surgen varias categorías de sismos, las cuales se aplicarían de acuerdo al tipo de estructura diseñada: si se trata de una estructura esencial, entonces se usa el sismo máximo creíble, mientras que si se trata de una escuela o residencia, el factor disminuye.
Ahora bien, los ingenieros se preguntaron ¿Cómo justifico que protejo la vida, si es permitido diseñar con un valor más bajo que el sismo máximo? La respuesta es que la estructura tiene ductilidad, y ésta empieza a trabajar en caso de sobrepasar el valor del sismo calculado, con lo cual aunque se dañe la estructura, ésta va a sobrevivir. Es así como surge el factor R en la fórmula, como la capacidad para que la edificación resista, aún si está dañada después del sismo.
La ductilidad está dictada por las normas, las cuales deben ser bien aplicadas de manera que el edificio empiece a utilizarla antes del sismo de diseño.
El objetivo de la Ingeniería Sismorresistente ha sido tener mejores resultados después del evento sísmico: menos daño, y menos reparación.
Deformación.
Es necesario considerar también que el sismo, además de sujetar a esfuerzo la estructura, también la deforma. Entre más se deforme, más se daña su contenido. De esta manera, si el enfoque está solamente en la capacidad de resistencia, podría diseñarse una estructura demasiado flexible, cuyo contenido se verá dañado.
La técnica es entonces hacer una estructura más rígida, con lo cual se absorberá más el sismo, pero sufrirá menor deformación. Es así como se empezó a utilizar muros de concreto. Los edificios necesitan cierta cantidad de muros en el interior para no sufrir tanta deformación, y que su contenido pueda protegerse mejor.
El desarrollador inmobiliario, el habitante y el mercado en general han aceptado esta utilización de los muros, a pesar de que ello representa un incremento en la inversión. La incorporación de muros estructurales distribuidos apropiadamente fortalece la estructura, restándole trabajo a los elementos pequeños y haciéndola más rígida al mismo tiempo.
Actualidad.
La más reciente mejora incorporada a la Ingeniería Sismorresistente son los Aisladores y Disipadores Sísmicos, los cuales están diseñados para minimizar el daño por sismo.
El uso de aisladores o disipadores beneficia en dos formas:
- Su uso es equivalente a trasladar la torre a un lugar en donde ocurren menos sismos. Posiblemente la torre absorbe un de 35% a 40% del sismo, con lo cual no se moverá tanto en el caso de un evento. Esto se traduce a que puede eliminarse parte de la rigidez con la que se ha diseñado la estructura; podrían eliminarse los muros y regresar al esquema de columnas con losas y vigas. Por otro lado, los muros son una inversión significativa, la cual es cercana al valor de los aisladores.
- Ahora puede diseñarse para el sismo máximo creíble. Con la tecnología de aisladores, puede además disminuirse el factor R, lo cual hace que la demanda de ductilidad sea menor y con ello menos desgaste de la estructura. El edificio se moverá menos y tendrá menos daño esperado. El objetivo es contar con un edificio mucho más duradero.
Inevitablemente, surge la pregunta:
¿Es más barata una estructura aislada?
La idea de esta técnica no es disminuir el costo de la estructura. Eso puede ser un beneficio adicional; sin embargo la intención principal es reducir el daño, hacer el edificio mas duradero y hacer que el edificio pueda seguir funcionando después del sismo, sin necesidad de tener que repararlo, además de poder diseñarlo con el sismo máximo creíble.
Sin embargo, cabe notar que en nueva Zelanda, para edificios que son regulares han logrado ahorros del 5% en las estructuras con el uso de aisladores. En lugares como Perú, los usuarios están pidiendo este tipo de tecnología en sus estructuras, dado que han conocido los beneficios que puede tener para ellos como propietarios y usuarios. Definitivamente, éste es un avance considerable en la tecnología Sismorresistente.
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