Uno de los mayores retos de la ingeniería sismorresistente es generar reglamentos que puedan garantizar la vida de los ocupantes de los proyectos que se desarrollan en zonas de amenaza sísmica, así como la sobrevivencia de las edificaciones, infraestructuras y líneas vitales, para los que se escriben.

El reto se ha desarrollado sobre la base de una enorme cantidad de vidas perdidas, de miles de millones de dólares perdidos y de una investigación rezagada al respecto, por un temor parecido al que se nos quiere vender, para que callemos que en este país hay terremotos, tsunamis y muchas cosas más, entre ellas, huracanes.

Quiero partir como motivación fundamental sobre este tema con el terremoto de San Francisco de 1906, a esta ciudad, turística de gran atractivo, no se le permitió el lujo de reconocer ante la comunidad internacional que la visitaba, que en esa zona podían ocurrir terremotos y de una manera extrema de incomprensibilidad, lo que fue el terremoto de San Francisco, paso a ser el incendio de San Francisco. Retrasando esta actitud de manera brutal el avance de la ingeniería sísmica.

Es en 1970, cuando el Instituto Americano del Concreto en su versión ACI-318 publica por primera vez un apéndice que indica los primeros lineamientos para el diseño estructural en zonas de amenaza sísmica.

A partir de ahí, es que se inicia la investigación del concepto pórticos dúctiles, tristemente desarrollados por 15 años, concepto que en 1985, fue puesto a prueba en el terremoto que afectó el Distrito Federal de ciudad México, en el que se demostró, que permitir tanta flexibilidad en nuestros edificios, es decir niveles

de desplazamientos altos, provocaba que estos en su mayoría colapsaran por su peso propio, al sobrepasar su centro de masa, centro de gravedad, el tercio medio.

Cuando en 1986, nos encontramos en el homenaje a México, realizado por la Sociedad Americana de Ingenieros, no les quedó otro recurso que bajar la cabeza, ante los requerimientos de los profesionales mexicanos que requerían explicación del porqué había fallado el concepto.

Es de ahí que nace el criterio de que si el elemento vertical, entiéndase, columna, es estructural, su dimensión no debe ser menor de 0.30 m y si la viga es estructural, su base no debe ser menor de 0. 25 m. En otras palabras, este terremoto había invalidado prácticamente las investigaciones desarrolladas sobre la bondad de los pórticos dúctiles hasta ese momento. entendiéndose hoy, que las edificaciones que basan su seguridad para los terremotos solamente en estos, están destinadas al colapso.

Mark Fintel, a raíz de estas realidades, investigó los pasados 30 años de respuesta ante terremotos de edificios que, aunque habían sufrido daños, no habían colapsado y se hizo la pregunta: ¿serán las paredes de corte la respuesta?, al observar que esos edificios que sobrevivieron a grandes terremotos no habían colapsado.

Solo había que entender algo: simplemente todos los recursos y energía de los investigadores se había concentrado en pórticos dúctiles y no sabíamos nada de los mal llamados muros de corte, término mal empleado que al fin fue reivindicado por el ACI-318-14, llamándolos por su verdadero nombre: muros estructurales.

Toda esta historia viene al caso porque ese es el origen que ha impulsado los códigos y/o reglamentos con que contamos hoy, o como usted prefiera llamarlos, que son los responsables a nivel mundial, de los diseños en zonas de amenaza sísmica de nuestras obras. En otras palabras, hasta este momento hemos estado trabajando para producir edificios que echen el pleito contra los terremotos, esperando que ganen, garanticen la vida de sus ocupantes y se mantengan en pie, con la esperanza de que, si sufren daños, al final puedan ser reparables.

Así se ha ido desarrollando la ingeniería sismorresistente, sobre la base de muchos colapsos y muchas vidas humanas perdidas y pareciera que seguiremos largo tiempo por ese camino, actualizando códigos a conveniencia en busca de edificaciones más económicas, olvidando muchas veces, que es preferible invertir en un buen diseño sismorresistente y mantener la vida de las personas y la seguridad de la propiedad, que pretender llevar al mínimo los requisitos normativos y tener al final estructuras en el suelo con todo y su contenido.

Es importante dejar establecido, que los códigos y/o reglamentos, son herramientas imprescindibles para el fortalecimiento y desarrollo de nuestras ciudades expuestas a los terremotos, siendo estos, el único instrumento que garantiza la inversión.

¿En qué consiste entonces el procedimiento y/o la filosofía de diseño por desempeño?

El desarrollo de este nuevo concepto inicia con la experiencia de los terremotos de 1989 y 1994, en California. El profesor Vitelmo Bertero (EPD), en 1997, ideólogo y desarrollador principal de este, lo define como sigue: “El diseño basado en el desempeño sísmico consiste en la selección de esquemas de evaluación apropiados que permitan el dimensionamiento y detalle de los componentes estructurales, no estructurales y contenidos, de manera que, para unos niveles de movimiento del terreno determinados y con ciertos niveles de fiabilidad, los daños en la estructura no deberían superar ciertos estados límite”.

Por su parte, Raúl Bertero expresa lo siguiente: “El análisis del comportamiento de los edificios durante los terremotos ocurridos en época relativamente reciente, particularmente los de Loma Prieta (1989) y Northridge (1994) en California, y el Great Hanshin (1995) en Kobe, Japón, ha demostrado claramente la necesidad existente de procedimientos de diseño y construcción sismoresistente que conduzcan a la obtención de construcciones con un comportamiento más predecible ante los terremotos”.

El número de personas sin viviendas y el nivel de las pérdidas económicas derivadas del daño físico sufrido por nuestras edificaciones, y especialmente de los daños funcionales e indirectos, ha probado ser social y económicamente inaceptable.

Este resultado no es realmente sorprendente teniendo en cuenta la insistencia de los reglamentos actuales en la utilización de una filosofía de diseño basada en un solo nivel de desempeño sísmico, sin una clara definición cuantitativa y empleando procedimientos de diseño que intentan satisfacer únicamente requisitos de resistencia a partir de análisis elástico-lineales.

Por otra parte, los reglamentos sísmicos actuales no son “transparentes”, es decir, sus especificaciones no presentan en una forma visible los conceptos básicos que gobiernan el comportamiento sísmico de las construcciones.

El principal objetivo de los reglamentos es proteger la vida de las personas especificando edificios con la suficiente integridad, resistencia y tenacidad para resistir el colapso, y evitar la caída de elementos significativos, en el caso de terremotos muy severos, aunque relativamente infrecuentes. Los objetivos secundarios incluyen el control de daños y el mantenimiento del funcionamiento en eventos más moderados, que se espera que ocurran con mayor frecuencia.

Estos reglamentos han sido desarrollados empíricamente, basados sobre la observación del daño real ocurrido a las estructuras en terremotos anteriores y también en las extensas investigaciones realizadas en varias universidades y otros institutos. De hecho, con posterioridad a la ocurrencia de cada terremoto importante, los ingenieros evalúan el daño sufrido por los edificios, particularmente en aquellas estructuras que satisfacían el reglamento vigente.

En aquellos casos en los cuales se detecta un daño inaceptable, los requerimientos del reglamento se modifican para prevenir la recurrencia de tales daños en eventos futuros.

El Dr. Raúl Bertero nos expresa: “En otras palabras, la modificación para la actualización de los reglamentos se ha debido en general a reacciones luego de un desastre, y no a la anticipación y prevención de estos. Como resultado, se estima que los reglamentos actuales (cuando se interpretan y se hacen cumplir apropiadamente en las regiones sísmicamente activas) proporcionan niveles adecuados de protección contra la pérdida de vidas humanas en aquellos edificios que son también diseñados y construidos apropiadamente”.

Basados en estas reflexiones y realidades vividas, es que surge la necesidad de desarrollar una metodología para el diseño sismorresistente de edificios más confiable y “transparente” que los que tenemos hasta este momento. En tal sentido, esta metodología se basa fundamentalmente en aspectos conceptuales destacando con énfasis, la dinámica estructural, para entender el comportamiento de los edificios, así como en un diseño que tome en consideración, las variables asociadas a este y en especial aquellas relacionadas con la definición de las acciones sísmicas.

¿Cómo podemos definir el concepto, el método denominado diseño por desempeño?

Esta metodología que forma parte de los avances de la ingeniería sísmica moderna se une a otra que trabaja el mismo tema, denominada diseño por desplazamiento. Aquí abarcaremos la que entendemos es más conocida entre ambas.

Otro aspecto para aclarar refiere que esta metodología ha tenido su mayor aplicación en edificios existentes para definir su capacidad de respuesta ante diferentes terremotos y determinar su nivel de desempeño esperado durante su vida útil.

Para ser aplicadas a edificios nuevos, se requiere el análisis y diseño estructural completo y a partir de ahí, se determina cuál es el nivel de daños esperado y/o deseado para el que se está diseñando, en otras palabras, si el resultado será para estado operacional, ocupación inmediata, delegado generalmente a las edificaciones esenciales, seguridad de vida y prevención de colapso.

Conceptualmente podemos decir que un nivel de desempeño representa una condición límite o tolerable establecida en función de tres aspectos fundamentales (SEAOC Visión 2000, 1995)

Posibles daños físicos sobre los componentes estructurales y no estructurales. Amenaza sobre la seguridad de los ocupantes, inducida por daños.

Funcionalidad de la edificación posterior al terremoto.

En resumen, la ingeniería sísmica basada en el diseño por desempeño, que es el nombre propuesto para sustituir el término diseño por desempeño, involucra las actividades de diseño y construcción necesarias para permitir la construcción de edificios que resistan terremotos de diferentes magnitudes dentro de ciertos niveles especificados de daño.

La ingeniería sísmica basada en el diseño por desempeño es un proceso que se inicia con los esquemas preliminares de un proyecto y se extiende a lo largo de toda la vida útil del edificio. Incluye la identificación de los peligros sísmicos, la selección de los niveles de desempeño y de los objetivos de diseño, la determinación de las características de los suelos, el diseño conceptual, el diseño preliminar, el diseño final, las verificaciones de aceptabilidad durante el diseño, la revisión de diseño, la garantía de calidad durante la construcción, y el mantenimiento durante la vida útil del edificio.

Cada uno de estos pasos es crítico para el éxito del diseño, y debe ser encarado a un nivel adecuado al nivel de desempeño seleccionado.

Por último, el Dr. Raúl Bertero propone: “Ingeniería basada en la performance y no diseño basado en la performance, es el título más adecuado para este proceso, debido a que el mismo involucra todos los aspectos de un proyecto, y no únicamente aquellos relacionados con el diseño”.

 

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Autor: Construmedia