sábado, 15 de marzo de 2014

Analisis Sismico y sus implicaciones en el Diseño de edificios, en Latinoamérica y Ecuador.-

ANALISIS SISMICO 

Ubicación aproximada del epicentro del Sismo.

El 31 de Enero pasado, se cumplieron 108 años del Terremoto que afectó a las costas de Esmeraldas y Colombia, con una fuerza de 8.8 en la Escala Richter, (el 7timo mayor registrado en el mundo. Las olas, según reportes de USGS, (Instituto Geológico de US), llegaron a Hawai, San Francisco y California. Aun hoy es posible conocer a algunos de los familiares de los desaparecidos que dejó este terremoto y posterior maremoto.

 
Desembocadura del Rio Esmeraldas


Si bien es cierto que, no existe manera precisa de predecir la fecha de un sismo, a través de la geología y su rama sísmica, se puede definir, el lugar y su ocurrencia -mas  o menos cuando sucedería otra vez. En nuestra región la mayoría de estos se producen por el movimiento de dos placas Tectonicas de gran tamaño: la placa de Nazca, bajo la placa Sudamericana. En realidad estos movimientos se dan continuamente y van acumulando energía cuando existen pliegues que los impiden.

                    
Dos de los sismos mas fuertes ocurridos en los últimos años, en el planeta, fueron: el de Chile, con 7.9 Grados, en Feb/2010 y el de Japon, con 8.9, en Mar/2011, dejaron secuelas gravisimas. En Chile se afecto a 400 mil edificios y mas de 500 vidas humanas. 

El de Japon 73 mil edificios y mas de 13mil muertos ente sismo y tsunami. Ambos países ejemplos de economías desarrolladas y orden, en procesos administrativos , técnicos y científicos.



El problema con los sismos es que convierten a nuestros hogares y sitios de trabajo, en armas mortales. Los edificios son objetos de análisis de la Ingenieria Civil Estructural,  y los vemos, en muchos casos, como algo a lo cual no hay que “aplicarle mucha ciencia, para construirlos". Personas sin preparación - como maestros albañiles- los hacen a diario. Siii.. pero el edificio o la casa, no se cae, porque solamente esta hecha o construida con consideraciones estáticas (cuando no hay sismo) y no dinámicas (con sismo). La imagen de abajo es una buena muestra de lo que puede hacerle un terremoto a un edificio de 84 mil toneladas (Chile).



Edificio de 84mil Ton.- Chile

Una buena noticia es que, por principio, en todo buen diseño estructural de edificios debe prevalecer sobre todo, el cuidado de la vida, se define la fluencia necesaria del hormigon armado , de manera que los ocupantes del edificio puedan tener oportunidad de abandonarlo, antes del colapso. En Chile pese a lo intenso del terremoto, no hubo mayor colapso de edificios en Santiago, salvo en la comuna de Maipú y menos, perdidas proporcionales a los lamentables, hechos del terremoto de Haití. 

En Japón tampoco el fraccionamiento y colapso de edificios y perdidas humanas, se atribuyen al sismo directamente, sino al maremoto ocasionado por este.

Este principio también aplicado en USA, acepta el Daño Estructural Severo, siempre que se pueda permitir la evacuación de los propietarios.

 
Investigación de disipadores.

Otro dato es que las viviendas de una sola planta respondieron bien. Los pocos puentes y vías que colapsaron no fueron diseñados de acuerdo al Manual de Carreteras. En el sismo de Chile, se obtuvo por primera vez registros de un Terremoto 8.8, lo que facilita el análisis de su acelerograma y aplicaciones. Allá se esta aplicando reformas a las normas NCh 430 y Nch 433, sobre diseño antisimico; como por ejemplo se incrementa el coeficiente sísmico para el cálculo del Corte Basal de edificios ( el corte basal, es el la cantidad de fuerza que el suelo transmite al edificio).


Sistemas de Protección Antisismico.-

Existen en la actualidad algunas técnicas que ayudan a preservar vidas y las obras civiles de los sismos. Algunas están orientadas a la investigación de elementos que se utilicen en la fabricación del Hormigón  armado, y otras construyen dispositivos físico – mecánicos de respuesta.
Entre los primeros podemos mencionar, por ejemplo la utilización de fibras de acero que reemplacen cierta cantidad del acero de refuerzo mas pesado. Estas investigaciones llevadas acabo por la Universidad de Michigan demuestran que la inclusión de estos elementos funciona en sitios en donde el % de refuerzo no es mayor.


Sistemas Activos.-

Estos sistemas son dispositivos que generan fuerzas de control para modificar la respuesta dinámica de la estructura. Las fuerzas de control son aplicadas mediante actuadores integrados a un conjunto de sensores, controladores y procesadores de información en tiempo real.

Edificio Kyobayashi- Japon

Sistemas pasivos.-

Son sistemas que básicamente, minimizan el efecto del sismo hacia la estructura, al aplicarse  en la cimentación. Pueden ser, Aisladores sísmicos, como los utilizados en la construcción de los puentes sobre el Rio Esmeraldas los disipadores de energía y los osciladores resonantes (TMD- Tuned Mass Dampers).


Aislador simico

Sistemas híbridos.-
Estos sistemas pueden se denominar asi, cuando se aplica en conjunto técnicas de los dos sistemas anteriores.

Disipador Visco- elastico


Sistemas Semi−Activos.-
Estos sistemas no aplican fuerzas de control en el sistema estructural, pero poseen propiedades que pueden ser controladas para reducir  eficazmente la respuesta del edificio.
 Abajo algunos links con  los videos de ejemplos:



Análisis nacional y  local.-
Si bien la parte teorica esta perfectamente definida, el "chiste" es que no debería quedar en papel la aplicación de estas técnicas anti-sísmicas. Los daños sufridos en edificios se deben, a la falta de aplicación de normas elementales, de construcción y desde luego, al escaso compromiso de los inspectores y encargados de tramitar permisos de construcción, quienes deben controlar las normas. Deficiencia que se da a nivel local y regional. Y eso que en Chile, existe un criterio muy riguroso sobre la calidad de los Inspectores Tecnicos de Obra, como encargados de hacer cumplir normas y planos estructurales y las sanciones de quienes las incumplan.


En nuestra ciudad se han aprobado planos de construcción -cuando los hay-, y el Municipio ha extendido permisos, sin un control detallado y efectivo de normas sísmicas. No conozco ingenieros estructurales ejerciendo estas actividades de aprobar o rechazar, planos de edificios. El hecho es que un profesional ingeniero NO estructural, poco ayuda en la revision y aplicacion de normas antisismicas. De hecho, ocurre irónicamente al que lleva sus planos arquitectónicos y estructurales, e intenta cumplir las normas "la vida a cuadritos", pidienco muchas veces requisitos fatuos sin ningún criterio tecnico, sea esto por simple desconocimiento y a veces mala fe. 

Esta debilidad del sistema,  permite que sea común la construcción de edificaciones sin el asesoramiento de un profesional: Ingeniero, Técnico o Arquitecto, a nivel particular y público, lo cual es inaceptable. 

Un botón de muestra: 
Los trabajos de hace un par de años en el Consejo Provincial, parcialmente fueron ejecutados por “Caza Losas” (grupos de albañiles que encofran y funden los pisos de hormigón armado), quienes, asumiendo, que tengan las mejores intenciones, desconocen normas elementales de diseño sismo-resistente y su implicación directa para salvar vidas

Sabrá algún "Caza Losas", que existe una clasificación de riesgo sismico en nuestro Pais?...Conocerá , que nuestra ciudad esta en el Nivel 4, -el mas alto- de esa clasificación?... ¿Conoce que tiene que hacer con esos datos...?....Dudo mucho.

Recomendaciones Generales.- 
Muchas de las disposiciones dadas en la Norma Ecuatoriana de Construccion NEC y el American Concrete Institute -ACI- , son sencillas de seguir:

- Aplicación de Coeficientes, en el calculo de esfuerzos,  de diseño anti-sismico, de acuerdo a las NEC, y ACI.
- Colocación óptima de la cantidad de acero de refuerzo, generalmente es producto del diseño , el cual se ajusta a límites minimos y maximos dados en las normas.. (Ni mucho ni poco)
- Procurar edificios NO irregulares, o formas raras. 
- Revisión de las dimensiones de las vigas y columnas.
- Análisis de suelos y cálculo de capacidad de carga, para edificios de mas de 3 plantas.
- Cero tolerancia a las "losas planas".
- Diseño de la mezcla de hormigón (Normalmente: 0.5, 1, 2, 4), para una resistencia estructural mínima de 210 Kg/cm2, y cuidar y evitar el  exceso de agua en la preparación del hormigón.
- Respetar el recubrimiento, minimo d=3cm, entre el acero y el encofrado.
- "Curado" del hormigon, durante 14 dias, -constante .
- Retiro de alivianamientos junto a la unión, viga-columna.
- Uso y cálculo de diafragmas en edificios de mas de 3 pisos.
- Cálculo racional de plintos y zapatas; a la capacidad portante del suelo, al corte y punzonamiento.

Mapa sísmico del Ecuador; Tomado del Diario- Hoy
 Normalmente un usuario debería contratar a un ingeniero estructural para que le controle estos menesteres. Para aquellos que no quieren contratar, también hay los programas de diseño de edificios, disponibles en la web,; por ejemplo: www.depo.orgfree.com. (Adjunto también links con información útil)

Ojalá no sea tarde. Por eso recomiendo a todos  los que nos leen, que difundan estos datos, y se asesoren de un profesional de la construcción antes de "hacer su casa". Asi en el futuro esperamos que no nos toque pagar muy caro, por estos errores.

Un abrazo,

Arcesio Ortiz B.
Ingeniero Civil Estructural
links: 
www.depo.orgfree.com
http://www.normaconstruccion.ec/
http://www.um.edu.ar/um/fau/estructura5-anterior/DISENO.htm