INGENIERIA SISMICA EN CHILE INDICE INGENIERÍA SÍSMICA 2. EL SISMO Interior de la tierra La teoría de las Placas Tectónicas Medidas del sismo: Intensidad y Magnitud 3. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA INGENIERÍA SÍSMICA EN CHILE Primeros desarrollos en Chile Nota Técnica Normas y Ordenanzas ORGANIZACIONES INTERNACIONALES Y NACIONALES TRES GRANDES SISMOS CHILENOS 5.1 Chillán 24 Enero 1939 5.2 Sur de Chile Mayo 1960 5.3 Zona Central Marzo 1985 TAREAS PENDIENTES 7. COMENTARIOS INGENIERÍA SÍSMICA La Sismología y la Ingeniería Sísmica se puede decir que representan las dos caras de la misma moneda, ambas directamente relacionadas con los sismos o terremotos. La
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INGENIERIA SISMICA EN CHILE
INDICE
INGENIERÍA SÍSMICA
2. EL SISMO
Interior de la tierra La teoría de las Placas Tectónicas Medidas del sismo: Intensidad y Magnitud
3. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA INGENIERÍA SÍSMICA EN CHILE
Primeros desarrollos en Chile Nota Técnica Normas y Ordenanzas
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES Y NACIONALES
TRES GRANDES SISMOS CHILENOS
5.1 Chillán 24 Enero 1939
5.2 Sur de Chile Mayo 1960
5.3 Zona Central Marzo 1985
TAREAS PENDIENTES
7. COMENTARIOS
INGENIERÍA SÍSMICA
La Sismología y la Ingeniería Sísmica se puede decir que representan las dos caras de la misma moneda, ambas directamente relacionadas con los sismos o terremotos. La primera, se preocupa del tema desde el punto de vista de las ciencias de la tierra, área originalmente enfocada al conocimiento del interior de la tierra. La segunda, Ingeniería Sísmica, emerge como una rama interdisciplinaria de la ingeniería, un nexo entre las ciencias de la tierra y la ingeniería civil orientada primariamente a la mitigación de la amenaza sísmica.
En años no tan lejanos, la tierra de nadie existente en el pasado entre Sismología e Ingeniería, ha sido cuidadosamente escrutada por ambos: sismólogos e ingenieros. En este fértil campo se encuentran algunas de las raíces de la Ingeniería Sismica.
Históricamente, los terremotos han producido muerte y devastación a la humanidad, así como serios trastornos económicos como resultado de los daños a las construcciones del hombre y al medio ambiente. Estos efectos y sus implicaciones socio-económicas nos indica que el interés de la Ingeniería Sísmica debe ser compartido y apoyado por la comunidad toda. Ello debe incluir un esfuerzo conjunto de sismólogos, geólogos, geofísicos, ingenieros estructurales, ingenieros de mecánica de suelos, arquitectos, economistas, planificadores, compañías de seguro, sin que esta lista sea exhaustiva.
Los terremotos están entre las mas traumáticas experiencias producidas por los fenómenos naturales. En un corto periodo de tiempo la base firme de la Madre Tierra, en quien todos confiamos, empieza a temblar en forma aterradora causando devastación física asociada a perdurables efectos psicológicos.
El número de víctimas producidas por los terremotos es impresionante. De acuerdo a estadísticas, en el siglo que termina, por su causa han perecido mas de 50 millones de personas.
EL SISMO
La causa de los sismos se ha hecho clara sólo después de haberse logrado: un modelo satisfactorio del interior de la tierra, de haberse comprendido su proceso de enfriamiento, y por la aceptación de la teoría de Wegener de la deriva de los continentes.
Interior de la tierra
La interpretación de los registros producidos por terremotos en numerosas estaciones sismográficas del mundo, han permitido a los sismólogos, a través de un estudio tomográfico de las diversas ondas que chocan y en secuencias sucesivas se reflejan o refractan, formular un modelo del interior de la tierra; en un extraordinario logro para la geofísica y sismología. Obsérvese que se ha podido distinguir entre diversas densidades y temperaturas en el interior de la tierra de acuerdo a la variación de las velocidades que las ondas adquieren al atravesar distintas regiones.
El modelo resultante es el que se muestra en la figura 1. (Ref. 1)
Figura 1
Considerando que la tierra como cuerpo caliente de acuerdo a las leyes de la física, debe enfriarse, y que el material constitutivo de ella es de mala conductividad térmica, la tierra pierde su calor por un proceso de convección del manto por formación de celdas de convección. (fig. 2 y fig. 3)
Figura 2
Figura 3
De esa manera también, se hace mas fluida la parte superior del manto –la astenósfera-, que permite a la corteza terrestre deslizar sobre ella.
Existe también pérdida de calor por las cordilleras mezo dorsales por donde surge el magma y asimismo, por volcanes y por chimeneas (hot spots) que nacen del interior de la tierra.
La teoría de las Placas Tectónicas. Teoría de Wegener
A partir de 1960 ha ocurrido una revolución en los conceptos de la Geología Oceánica. Todos los datos reunidos en los últimos cuarenta años anteriores, sobre sondajes a grandes profundidades, muestras y fotografías del fondo marino, mediciones del flujo de calor y del magnetismo, han sido reinterpretados según el concepto de la teoría de las placas tectónicas, que postula que la corteza terrestre está formada por placas que son creadas en las cordilleras mezo-oceánicas y destruidas en las fosas marinas vecinas a los continentes.
La tectónica de placas considera que la litósfera está dividida en varios grandes segmentos relativamente estables de roca rígida, denominados placas que se extienden por el globo como caparazones curvos sobre una esfera. Existen 7 grandes placas como la Placa del Pacífico y varias mas chicas como la Placa de Cocos frente al Caribe. (fig. 4) (Ref. 1)
Figura 4
Por ser las placas parte de la litósfera, se extienden a profundidades de 100 a 200 km. Cada placa se desliza horizontalmente relativa a la vecina sobre la roca mas blanda inmediatamente por debajo. Más de un 70% del área de las placas cubre los grandes océanos como el Pacífico, el Atlántico y el Océano Indico.
En la década de los 50 se señaló que las direcciones de magnetización de las rocas antiguas, que son divergentes, podrían hacerse coincidir si se aceptaba que había ocurrido un movimiento relativo de los continentes. (Teoría de Wegener)
Esa constatación está de acuerdo con la teoría de la existencia hace 200 millones de años de la Pangea o Continente único que con el paso del tiempo ha llegado a la situación geográfica actual.
Chile se enfrenta a la placa de Nazca que es alimentada desde la Cordillera Mezo-dorsal del Pacífico por surgimiento del magma que crea nuevo fondo marino y la empuja hacia la placa Sud-Americana, produciéndose un fenómeno de subducción, origen de los sismos ocasionados por este choque. La placa de Nazca se desplaza a una velocidad relativa de aproximadamente 9 cm por año con respecto a la placa Sud Americana, introduciéndose bajo ella según un plano inclinado (plano de Benioff). En el largo plazo, estas fuerzas tectónicas han causado el plegamiento de la placa Sud Americana y la formación de las cadenas de la Cordillera de Los Andes y la Cordillera de la Costa.
Dado que la zona de contacto entre las placas está sometida a grandes presiones debido al movimiento convergente, ambas placas están mutuamente acopladas y previo a la ruptura se deforman elásticamente a lo largo de su interfase común. Inmediatamente antes de la ruptura sólo una pequeña área, firmemente acoplada, resiste el movimiento de las placas. Cuando el acoplamiento en la última zona de resistencia (una "aspereza sísmica") es sobrepasado, el esfuerzo acumulado es liberado bruscamente, enviando ondas de choque a través de la tierra. La ruptura comienza en el hipocentro del terremoto, esto es, bajo el epicentro, y luego se extiende a lo largo de una zona cuya extensión depende de la importancia del evento. (Ref. 2)
Obsérvese que según lo dicho, el borde de subducción es lugar de concentración de sismos; y el destino final de la placa que se hunde es alcanzar el magma a gran profundidad y completar así el ciclo de convección térmica. (Fig. 5)
Figura 5
La ruptura en la falla se puede presentar de diversas formas como lo señala la figura 6 (Ref. 1).
Figura 6
Un caso interesante de aspereza es el señalado en el proyecto Cóndor, en la Zona Central del país, que se muestra en las figuras 7 y 8. (Ref. 2)
Figura 7
Figura 8
----------º-------------º------------
En el Sur de Chile, más allá de Puerto Aysén, se produce el contacto de la placa Antártica y América, con una velocidad relativa menor que mas al norte. La actividad sísmica resulta ser muy inferior.
En el extremo Sur está ubicada la subplaca Scotia, que abarca el Sur de Tierra del Fuego siguiendo la línea del lago Fagnano y Seno del Almirantazgo, cruza la Península de Brunswick y continúa según el brazo occidental del Estrecho de Magallanes. Su contacto con la placa de Sudamérica es de tipo transcurrente, observándose desplazamientos relativos importantes pero sin gran actividad sísmica, aunque ella es mayor que en la región anterior.
La falla de tipo transcurrente mas conocida en el mundo es la falla de San Andrés en California. (Fig. 9)
Figura 9
Las interacciones en el contacto de placas en el proceso de subducción son de gran complejidad y ameritan una acuciosa investigación, lo mas completa posible que beneficiarían a muchos países del mundo que registran terremotos destructivos en zonas de subducción.
Para su estudio sería dable pensar que idealmente existiera en una región del globo, una zona de contacto de subducción con una geometría simple, de gran longitud y con una fosa máxima que no sobrepasara los 40 a 50 km de profundidad; que tuviera además una alta velocidad relativa entre las placas que chocan, para tener períodos de recurrencia mas cortos.
Pués bien, este país existe y se llama Chile, donde se dan este tipo de condiciones ideales en un contacto bastante rectilíneo en una extensión de unos 4000 kms. Esto mismo nos lleva a pensar que esta condición especial de nuestro país, que puede aportar conocimientos para otras regiones de subducción, debe mejorarse en su implementación instrumental: debe completarse la red Sismológica Nacional, deben instalarse estaciones acelerográficas, instrumental GPS, sismómetros, todo orientado a la mejor comprensión de las características sismológicas y sismo tectónicas del sector.
Medidas del sismo: Intensidad y Magnitud
Intensidad
La intensidad es una medida subjetiva, no instrumental de los efectos aparentes causados por el evento. Tiene como propósito evaluar las manifestaciones específicas de la sacudida sísmica de modo que se pueda cuantificar la violencia del movimiento en un lugar determinado y la manera como ella se atenúa con la distancia. Esta información es esencial para cuantificar el peligro que impone el sismo y para evaluar el efecto sobre las estructuras. Es corrientemente empleada la escala Mercalli Modificada (MM) de I a XII que asigna diferentes grados: a la forma en que el temblor es sentido por las personas, según los daños a edificaciones y la generación de fenómenos naturales. Según esta escala, por ejemplo la descripción de la intensidad I establece "que no se advierte sino que por unas pocas personas y en condiciones de percepción especialmente favorables"; la intensidad XII corresponde al daño casi total. "Se desplazan masas de rocas. Los objetos saltan al aire. Los niveles y perspectivas quedan distorsionados".
En Nueva Zelandia donde esta escala está en uso desde la década de los 30, se ha modificado dos veces, especialmente para dar cabida a tres considerando: la construcción ha mejorado, existe dificultad de juzgar un edificio irregular y la licuación del suelo debiera incluirse.
En nuestro extendido territorio donde las condiciones del Norte y del Sur son muy diferentes; en la escala MM debiera explicitarse dicha diversidad introduciendo los cambios pertinentes: distinto tipo de construcción, geografía diferente, etc.
Ahora bien, una vez señalada la conveniencia de adaptar la escala Mercalli a las condiciones chilenas queda por resolver como implementar un procedimiento que garantice que los sismos resulten bien clasificados dentro de esa escala.
En la actualidad se procede con un manual de instrucciones. Hoy día se podría pensar en elaborar un Sistema Experto que estaría disponible en los PC’s de las comisarias. Esta tecnología de la Inteligencia Artificial parece muy adecuada por cuanto la MM no es mas que un "checklist" que debe ser ejecutado cada vez que ocurre un evento sísmico de importancia. El Sistema Experto interroga al usuario y en función de las respuestas que recibe lo va guiando con nuevas preguntas. Además tiene la capacidad de explicar las preguntas cuando estas no son entendidas.
Pero aprovechando los avances tecnológicos, aun mas recomendable sería utilizar este mismo sistema experto, pero ahora siendo aclarado remotamente por la Internet. Este Software debiera ser parte de una Web especial orientada a la mitigación y control de efectos causados por terremotos y a cargo de alguna organización tal como ONEMI. Entrando mas en detalles sobre este proyecto de MM en Internet, interesa señalar que ya existen en el mercado los software de soporte para crear sistemas expertos en Internet; de hecho varias empresas prestan servicios de especialidades en la Internet sin participación humana en la mayoría de los problemas simples utilizando sistemas expertos. Los especialistas humanos solo intervienen cuando el problema es complejo.
La escala MM está expresada en números romanos con la intención de que no pueda usarse en expresiones algebraicas.
En Japón existe una escala de intensidades similar a la MM pero que llega hasta 7.
Existen también otras escalas de intensidad mas elaboradas, como la MSK que precisa mejor los efectos de un sismo en las construcciones.
Magnitud
La magnitud es un parámetro independiente del sitio de observación y corresponde a una medición cuantitativa del tamaño de un sismo en su fuente, relacionada con la energía sísmica liberada durante el proceso de ruptura de la falla. Las medidas mas usuales son la magnitud Richter M, magnitud de ondas de cuerpo (mb), magnitud de ondas de superficie (Ms) y magnitud momento (Mw). Las tres primeras sse determinan midiendo la máxima amplitud de las ondas en un sismograma. La magnitud momento, en cambio, se relaciona con las características físicas del fenómeno.
Puesto que el tamaño de los sismos varía enormemente, la amplitud de las ondas varía en múltiplos de miles de un sismo a otro. En consecuencia resulta conveniente comprimir el rango de las amplitudes de onda medidos en sismogramas usando un procedimiento matemático. Richter definió la magnitud de un sismo local como "el logaritmo de base 10 de la amplitud máxima de la onda sísmica (en milésimas de milímetro) registrada en un sismógrafo estándar ubicado a una distancia de 100 km del epicentro del sismo". Esto significa que cada vez que la magnitud crece en una unidad, la amplitud de la onda sísmica aumenta 10 veces.
La relación aceptada entre energía liberada E y la magnitud Richter M es Log10 E = 11,4 + 1,5 M donde E se expresa en ergs. Esta expresión ímplica que para un incremento unitario en la magnitud Richter, la energía liberada se incrementa en 101.5 . 32
Las magnitudes mb y Ms corresponden a medidas basadas en las amplitud máximas de las ondas respectivas de cuerpo y de superficie que se inscriben en los sismógramos; las mb corresponden a períodos cercanos a 1.0 s y las Ms a 20 s.
La magnitud momento Mw basada en el momento sísmico Mo de la fuente generadora del sismo es una escala de magnitud establecida por Hiroo Kanamori y a diferencia de las otras mencionadas, como se ha dicho, se relaciona con las características físicas del fenómeno.
La estimación de magnitud de los grandes terremotos, que presentan una longitud de ruptura superior a los 100 Km, no queda correctamente representada por las escalas M, mb ó Ms según Hiroo Kanamori, investigador del Laboratorio Sismológico del Instituto Tecnológico de California, en Pasadena. De acuerdo con estos estudios, las escalas convencionales de magnitudes mb y Ms experimentan una saturación cuando las dimensiones de
la ruptura del sismo exceden a la longitud de onda de las ondas sísmicas usadas en la determinación de la propia magnitud (generalmente de 5 a 100 Km). Esta saturación conduce una estimación imprecisa de la energía liberada en los grandes terremotos. Para soslayar este problema, la caída de energía potencial W (diferencia entre la energía potencial antes y después del sismo) en grandes terremotos es estimada a partir del momento sísmico Mo (definido por Mo= D S, donde es la rigidez, D el desplazamiento medio de la falla y S el área de la falla). En esta forma Kanamori ha definido una nueva escala de magnitudes (Mw), válida para los grandes sismos y que tiene la particularidad de conectarse suavemente con las escalas tradicionales. En esta nueva escala, aceptada ya por la comunidad científica, el más violento de los sismos del 22 de Mayo, encabeza con 9.5 la magnitud de los grandes terremotos del siglo. Para fines de comparación se tendría Alaska 1964 Mw=9.2, Chile 1906 Mw=8.2, San Francisco 1906 Mw=7.9, Nueva Madrid 1812 Mw=8.1, Kobe 1995 Mw=6.9
DESARROLLO HISTORICO DE LA INGENIERIA SISMICA EN CHILE
3.1 Primeros Desarrollos en Chile
La ingeniería sísmica, tal como la entendemos hoy día, es un producto del siglo XX, y como hitos importantes en su desarrollo deben considerarse el terremoto de San Francisco 1906 y el de Kwanto, Tokyo, Japón en 1923.
En nuestro país tuvo gran resonancia el terremoto de Valparaíso en 1906 que removió la conciencia pública, motivando a las autoridades en el inicio de los estudios de estos fenómenos catastróficos. Para tal efecto el Gobierno chileno contrató los servicios del destacado sismólogo francés Fernand Montessus de Ballore que dirigió el Instituto Sismológico de Chile creado en 1908.
Desde los primeros tiempos en los países líderes sobre esta materia, Japón y USA, se planteó ya la discusión sobre cual es la configuración estructural mas adecuada para resistir las fuerzas sísmicas: estructuras flexibles o las rígidas. (Fig. 10)
Figura 10
En Japón hasta la Segunda Guerra Mundial se favoreció el modelo rígido, existiendo una limitación de seis pisos en altura, a raíz de la interpretación del colapso de una estructura en el terremoto de Kwanto.
La situación en USA era diferente; la civilización avanzó desde la costa Este (sin terremotos) hacia el Oeste llegando a la zona más sísmica (California) al final de este recorrido. Los edificios en altura que habían florecido ya en el Este debieron en California adaptarse a las condiciones imperantes, lo que dió origen a los estudios conducentes a lograr resistencia sísmica en estructuras flexibles -marcos rígidos- gracias a la ductilidad.
Se tiene así planteado el dilema de enfrentar la acción sísmica según dos esquemas diferentes, sistema rígido (resistencia de muros) y sistema flexible (resistencia y ductilidad de marco rígidos).
Esta confrontación de ideas no solo se produjo entre estos dos países lideres, sino que también dentro de ellos, donde especialistas discrepaban en cuál era el sistema mas adecuado.
Los primeros edificios de hormigón armado bajos o de altura intermedia con materiales que no permitían construcciones audaces, con luces cortas que requieren de un gran número de muros de apoyo, conforman de por sí estructuras rígidas con un alto grado de indeterminación estática.
Y estas mismas ideas se fueron generalizando para edificios de mayor altura, en contraposición a lo que ocurría en otros países latinoamericanos que adoptaron el modelo flexible.
Este concepto estructural se vio reforzado por una antigua disposición de nuestra norma de cálculo de hormigón armado en lo relativo al diseño de elementos sometidos a esfuerzos de corte. Se establecía allí que para valores inferiores a un valor predeterminado de la tensión tangencial (dependiente de la calidad del hormigón), no era necesario verificar que la tensión diagonal fuera resistida con armaduras: barras dobladas y estribos. La tendencia de obviar esa verificación, significa adoptar una tensión de corte relativamente baja que conduce a aumentar la densidad de muros; se llegó por este camino a definir las características de nuestros edificios.
Los japoneses, más tarde, intuyeron la necesidad de la ductilidad e idearon el sistema mixto denominado ferro-concreto, consistente en estructuras de hormigón armado con inclusión de perfiles metálicos.
La escuela norteamericana, por otra parte, orientada hacia los edificios altos, debió recurrir obligadamente a la ductilidad para reducir las fuerzas de diseño. El reconocimiento de que a los muros de rigidez también podían dotarseles de ductilidad, es de reciente data.
Nuestros edificios evolucionaron a partir de estos criterios básicos y se caracterizan por tener casi sin excepción muros estructurales y muchas veces en gran densidad. En ellos ha sido usual no dar una atención especial a la ductilidad. A los marco rígidos resultantes de los encuentros entre vigas y pilares, en general no se les exige verificaciones especiales. Con justicia a este tipo de edificios se le puede denominar como "modelo chileno de edificios". Se trata de un sistema más fácil de construir que los consistentes únicamente en pórticos donde deben extremarse los cuidados en el detallamiento y el hormigonado de los nudos para conseguir la ductilidad requerida.
El autor de estas líneas ha preconizado la adopción de nuestro tipo de edificios en otros países latinoamericanos, dado que requieren menor sofisticación en su construcción y que son menos susceptibles a la condición de colapso total, si se les compara con las estructuras flexibles.
Varios edificios de hormigón armado de alrededor de 15 pisos, construidos entre los años 40-60, resistieron en excelente forma el sismo destructivo de marzo de 1985.
Es importante indagar en las razones de este buen resultado y recordar cuál era la práctica de diseño en esos años. En esa época aún no se habían generalizado los conceptos de análisis espectral que revolucionaron la disciplina, y la herramienta de trabajo era la regla de cálculo.
A riesgo de omitir algunos nombres, varios ingenieros destacaron como especialistas en el cálculo de edificios: Alberto Covarrubias, Carlos Infante, Darío Sánchez, Raúl Ramírez y César Barros. Entre los primeros edificios construidos en la década de los 40 aparecen el Hotel Carrera y la ex Caja de Seguro Obrero.
Los edificios de la época poseían características que es útil destacar:
Estructuración simétrica, tratando en lo posible de reducir la torsión en planta. Cuando ella se producía, era considerada con las herramientas analíticas con que se contaba.
Disposición de elementos resistentes continuos desde la base, con espesores y armaduras decrecientes según la altura.
Los elementos más rígidos resistían una proporción de las fuerzas horizontales y eran las fachadas y las cajas de escaleras y ascensores.
La dificultad de absorber las fuerzas sísmicas horizontales con elementos de poca carga vertical, como son las fachadas, pronto requirió la necesidad de agregar otros muros. Se llegó así a configurar la situación actual con una alta densidad de muros.
En un comienzo era normal calcular con un coeficiente sísmico de 0.10 uniforme en toda altura. Este coeficiente se aumentaba en 20% para tomar en cuenta condiciones indeseables del terreno. Con el tiempo se adoptó un coeficiente uniforme de 0.12 que se aumentaba en 10% para el cálculo de la caseta de ascensores o del estanque de agua. De esta manera se consideraba el efecto de látigo que experimentan construcciones menores en el extremo superior de un edificio. Las teorías modernas y la experiencia dejada por los terremotos recientes demuestra que ese coeficiente es demasiado bajo y es la razón de los daños en estanques sobre el techo, situación observada en varios terremotos chilenos.
Las fundaciones de los principales elementos resistentes se unían con vigas o cadenas siguiendo las recomendaciones japonesas. Los tabiques de pandereta de ladrillos se ligaban a la estructura y en muchos casos, la falla de éstos junto a la mencionada de los estanques, fueron los únicos daños detectados en edificios antiguos de Santiago a consecuencia del sismo de 1985. No se prestaba especial atención al detallamiento de los nudos de marcos rígidos que eran considerados como cruces de elementos estructurales y puntos de convergencia de hasta cuatro vigas y dos pilares.
Es interesante comprobar que algunos ingenieros de aquella época ya utilizaban algunos conceptos, en edificios de hormigón armado, que se han generalizado en nuestros días. Eso se debe a que muchas de esas ideas se derivan de consideraciones fundamentales de la teoría del hormigón armado. Así por ejemplo, es fácil intuir que en vigas y columnas exista concentración de tensiones en los cambios bruscos de
sección. Esta situación se produce precisamente en los nudos donde concurren vigas y columnas, por lo cual se justifica que en las vecindades de esa zona se disminuya la distancia entre estribos.
Para controlar la concentración de tensiones en la unión viga-columna, se recomendaba el uso de acartelamientos, solución que se aplicó en el diseño de muchas bodegas y estanques elevados soportados en pórticos perimetrales. Un ingeniero en los años 50 proyectó un importante muro estructural con armaduras a 45º y era usual armar los dinteles altos con barras inclinadas, como aconseja la práctica neozelandesa actual, pero con una diferencia. En la actualidad se recomienda que los elementos inclinados estén constituidos por varias barras ligadas con estribos formando verdaderos pilares de pequeña sección transversal. En la práctica de nuestros ingenieros, se trataba sólo de una barra, que en ocasiones fallaba por pandeo rompiendo hacia fuera, en un sismo destructor.
Luego del Primer Congreso de la IAEE, institución que se menciona mas adelante, en 1956 los ingenieros chilenos empezaron en forma creciente a utilizar las herramientas de la dinámica de estructura conocidas a la fecha.
En lo expresado se ha puesto énfasis en las construcciones de hormigón armado pero desde el comienzo en Chile también han sido comunes las construcciones de acero especialmente en el sector industrial.
Nota Técnica
RESISTENCIA Y DUCTILIDAD
En la figura 11 se presentan los sistemas dúctiles y frágiles según ejes de coordenadas Q (fuerza) e Y (deformación).
Figura 11
Se define como sistema estructural dúctil aquel capaz de soportar una deformación substancial a una carga constante sin sufrir un daño apreciable o pérdida de resistencia frente a las cargas aplicadas. Las curvas 1 y 2 muestran relaciones típicas en sistemas dúctiles y frágiles respectivamente. La curva de comportamiento dúctil ha sido idealizada con trazos rectos para introducir el concepto de ductilidad. Se define la ductilidad como la razón entre el desplazamiento total impuesto en cualquier instante y el desplazamiento de fluencia. De acuerdo a la figura se tendrá
= u / y > 1
La figura 12 (Ref. 3) muestra, en una ilustración cualitativa de estos conceptos, cómo se relacionan entre si la resistencia SE requerida para resistir las fuerzas inducidas por el sísmo y los desplazamientos de la estructura para el desarrollo de diferentes niveles de resistencia. (Ref. 3)
Figura 12
Se enfatizan situaciones diversas consideradas por el proyectista: preservación de la funcionalidad, diferentes grados de acción para minimizar daños eventuales causados por un sismo destructor y la prevención de pérdidas de vidas. Casos clásicos son los mencionados en a) y b).
Respuesta elástica. Dada su gran importancia ciertos edificios requieren poseer una resistencia adecuada de modo de permanecer en el rango elástico.
Respuesta dúctil
La gran mayoría de los edificios se diseña para resistir fuerzas sísmicas laterales que son menores a las que se desarrollarían para una estructura de respuesta elástica. Como se señala en la figura 12 para esos casos, las deformaciones son mayores que las elásticas en la estructura, y por tanto se requiere ductilidad. Dependiendo del nivel de fuerzas adoptado en el diseño resistente, el nivel de ductilidad requerido puede variar en gran medida: puede ser muy reducido o puede llegar a casos de pleno uso de la ductilidad (con la necesidad, por ejemplo de consideraciones especiales en el detallamiento del hormigón armado). En la figura estas dos últimas categorías estan divididas en casos 1) con ductilidad restringida y 2) con respuesta dúctil total
Como se ha expresado en el texto el modelo chileno de edificios se ubicaría en el rango de ductilidad restringida.
3.3 Normas y Ordenanzas
En nuestro país, como en otras regiones, son los grandes terremotos los que han determinado también las acciones emprendidas para mitigar sus efectos.
El terremoto de Talca de 1928 puso en marcha las acciones que culminan con la Ley de Ordenanza General de Construcciones y Urbanización que toma vigencia legal en 1931.
La Ordenanza en su primera versión ha sido un documento extraordinariamente útil cuya bondad se muestra en el comportamiento excelente que han tenido muchas construcciones basadas en sus disposiciones.
La Ordenanza ha experimentado diversas modificaciones en el tiempo a saber 1931, 1992, 1949, 1976 existiendo muchos cambios parciales entre las fechas citadas. En la actualidad requiere también de modificaciones importantes.
La Norma NCh 433 Of. 72 para el cálculo sísmico de edificios a pesar de su data es ya de concepción moderna y entre otros aspectos contempla las alternativas de un análisis estático o dinámico, considera efectos del suelo, la forma estructural y la importancia del uso del edificio. Contiene prescripciones para la torsión en planta, las deformaciones admisibles y la separación entre estructuras.
La referida Norma ha demostrado sus ventajas en diversos sismos y particularmente en el de Marzo de 1985. En la actualidad está reemplazada por la NCh 433 Of. 96 que recoge las enseñanzas de ese gran terremoto. En esta última Norma el territorio nacional está dividido en tres secciones, según su grado de sismicidad. Fig. 13 (Ref. 4)
Figura 13
En el caso del hormigón armado, la antigua Norma Chilena para el cálculo de estructuras de Hormigón Armado ha caido en desuso y solo se utiliza en construcciones menores. Desde la década del 60 ha existido libertad para elegir entre la Norma DIN y la ACI. En la actualidad, y precisamente por contener disposiciones de cálculo sismo resistente se autoriza oficialmente el uso de la Norma ACI.
La Albañilería se utiliza en Chile en dos formas diversas: albañilería armada y albañilería confinada. La albañilería armada se da en bloques de hormigón y en ladrillos cerámicos. Su normativa se rige por la Norma NCh 1928 Albañilería Armada "Requisito para el Diseño y Cálculo" la cual fue puesta en vigencia en enero de 1986 con revisión en 1993 a consecuencia de cambios en la Norma 433.
La albañilería reforzada que mas bien debiera llamarse albañilería confinada se caracteriza en Chile, con la construcción de la albañilería, previa a la de los elementos de hormigón armado, pilares y cadenas.
La Normativa de este material está regida por la norma NCh 2123 Of. 97.
El comportamiento sísmico de las albañilerías ha dependido primordialmente de la mano de obra de su construcción.
Para el acero sistemáticamente se ha usado en el país la norma norteamericana AISC existiendo también una norma nacional completamente en desuso.
ORGANIZACIONES INTERNACIONALES Y NACIONALES
La más importante organización internacional sobre ingeniería sísmica es la International Association for Earthquake Engineering IAEE que tuvo su primera Congreso en 1956 en San Francisco, California.
Desde entonces celebra reuniones internacionales cada cuatro años con sede en los diversos países con amenaza sísmica. La Cuarta Conferencia se celebró en Santiago en 1969. La próxima será la número 12 y tendrá su sede en Auckland Nueva Zelandia en Enero del año 2000. Desde sus comienzos ha sido un foro para presentar avances e intercambiar información sobre la disciplina. Las sesiones cubren el completo espectro de materias relevantes: generación y propagación de los sismos, respuesta estructural, comportamiento de los materiales, daños provocados por los sismos, reglamentos, etc.
¡Y como se acelera el conocimiento y el interés de un número creciente de expertos! En 1956 se presentaron 40 trabajos; en la última Conferencia realizada en Acapulco, 1996 el número sobrepasó los 1400.
A nivel nacional ACHISINA, Asociación Chilena de Sismología e Ingeniería Antisísmica, fue fundada en 1963, motivada en gran parte por la conmoción e interés despertado en la profesión por los terremotos de Mayo de 1960. Guardando las proporciones, ha seguido en cierta forma los pasos de la IAEE.
ACHISINA ha experimentado un contínuo crecimiento y ha celebrado 7 Congresos en distintos lugares del país, coincidiendo además las 7 Jornadas Chilenas con el 1er. Congreso Iberoamericano de Ingeniería Sísmica.
5. TRES GRANDES SISMOS CHILENOS
CHILLAN 1939 SUR DE CHILE 1960 ZONA CENTRAL 1985
He elegido estos tres sismos porque corresponden a mi experiencia personal.
5.1 CHILLAN 24 Enero 1939 MS 8.3. Profundidad focal 80 Km.
El sismo azotó a las provincias de Maule, Linares, Ñuble y Concepción y en menor grado a las de Arauco, Bio Bio y Malleco. Afectó en forma destructiva un área aproximada de 45.000 kilómetros cuadrados; por el Oeste los efectos destructores llegaron hasta la costa. Por el Este se sintió hasta Mendoza y Buenos Aires. Hacia el Norte se sintió en Valparaíso y Santiago y hasta Temuco al Sur. Los datos iniciales elevaban a 20.000 y 30.000 las víctimas fatales basándose en la gran destrucción que se percibía en la ciudad. La cifra real resultó ser mucho menor: 5685, según consta en el registro oficial de la Dirección General de Estadísticas.
En medio de una gran destrucción y desolación hubo un aporte importante para la ingeniería sísmica: la Ordenanza General de Construcciones de 1931 tuvo un resultado satisfactorio y es digno de mencionar el caso de seis casas construidas en Chillán, de albañilería confinada de acuerdo a las normas de 1931, que resistieron el terremoto sufriendo daños menores. La novedad está en la forma de construir la albañilería confinada (fig. 14): para producir una mejor adherencia entre el pilar de hormigón armado y la albañilería se construye primero esta última dejando el hueco con rugosidades para concretar después el pilar. Este método de construcción que aparece tan lógico, se probó por primera vez, exitosamente en el terremoto de Mesina Italia 1908. Para dar una idea de los daños observados se inserta la siguiente tabla que corresponde a la observación de 3482 viviendas.
Figura 14
CHILLAN ENERO 1939
Tipo de edificación
% del total % en buen estado % deterioradas % semidestruidasderrumbadas
Adobes 62.6 - 35 8
Ladrillos 24.2 - 43 13
Madera 3.0 4 88 8
Albañilería con cadenas
4.5
53
31
5
de concretoHormigón
Armado0.2 80 - 20
Tabique de adobe
5.5
868
5.2 Terremotos del Sur de Chile 1960
El 21 de Mayo de 1960 a las 6:02:52 A.M. tiempo local, un fuerte temblor de foco superficial sacudió a la zona central del país. Su epicentro (latitud 37.5ºS y longitud 73.5ºW) se ubica cerca de Concepción, La magnitud fue de 7.5 de la Escala de Richter y su intensidad en Concepción se puede estimar como de VIII a IX en la escala MM. Era sólo el comienzo de la actividad sísmica más intensa que haya experimentado nuestro territorio en épocas modernas. En este mismo día y al día siguiente se sucedieron numerosas réplicas alcanzando las más fuertes las magnitudes de 6.5, 7.5, 7.8 y 7.5 respectivamente. El domingo 22 de Mayo a las 3:10:48 PM se produjo un terremoto de magnitud 7.5 con epicentro (42.0ºS 74.5W) cerca de Chiloé. Había sido precedido 15 minutos antes por un temblor menor que había causado alarma en la población. Veintiocho segundos más tarde, antes que cesara el movimiento del suelo, ocurrió un terremoto de considerable mayor importancia (9.5 (Mw). Sus características se ven obscurecidas por el temblor que inmediatamente lo precedió. Su epicentro se ubica mar adentro (38S, 73.5W) 130 a 180 km. al oeste de Valdivia y fue de foco superficial. La máxima intensidad que razonablemente se puede asignar a este terremoto es grado X en la ciudad de Valdivia. La perturbación tectónica que empezó cerca de Concepción, progresó paralela a la costa hacia el Sur, como queda evidenciado por la ubicación de los epicentros de muchas de las réplicas que llegan hasta latitudes 45ºS y 46ºS. Se puede estimar por lo tanto, que hubo una liberación de energía acumulada a lo largo de 1.000 km de longitud.
Los terremotos ocasionaron espectaculares cambios de nivel. Un hundimiento tectónico de más de 1.5 m ocurrió en la región de Valdivia, mientras que más al Norte la costa se levantó más un metro. Se produjeron importantes deslizamientos y en algunas regiones fue notable la consolidación del terreno y el asentamiento de suelos blandos. El lago Riñihue obstruyó su desagüe por el deslizamiento de tres grandes masas de tierra, repitiéndose un fenómeno que había
acontecido en 1575, poniendo en peligro la ciudad de Valdivia ante la eventual evacuación repentina de las aguas embalsadas.
Los ingenieros de ENDESA, Obras Públicas y CORFO dirigidos por el Ingeniero Raúl Sáez, fallecido miembro de esta Academia, debieron realizar la obra de ingeniería de emergencia mas grande efectuada en Chile: en dos meses lograron abrir un canal de evacuación del lago, evitando la destrucción de una rica zona agrícola, ganadera e industrial que tenía alrededor de cien mil habitantes.
Fue manifiesta la importancia de las propiedades de los suelos en el comportamiento de las estructuras para resistir la solicitación sísmica. Se hizo evidente que muchos daños se originaron por falla del terreno. Se produjeron asentamientos sustanciales en zapatas aisladas. En puentes fue frecuente la rotación en cepas y pilastras, y en un gran número de casos fallaron sus estribos y accesos por deslizamientos en las orillas. Se produjeron extensos asentamientos en caminos y vías ferroviarias, en molos y muelles se ocasionaron importantes daños, quedando en algunos casos completamente destruidos. La licuación del terreno inducida por la acción sísmica fue la causa aparente de un número substancial de estas dificultades.
El gran terremoto también generó un maremoto de efectos devastadores. El tsunami empezó de 15 a 30 minutos después del terremoto y continuó por varias horas, alcanzando en algunos lugares alturas de más de 6 m. y causando considerables daños en Chile, Islas Hawai y Japón. El 24 de Mayo el volcán Puyehue inició un erupción que duró varias semanas. No hubo registros instrumentales de estos terremotos.
La distribución de intensidades para el gran terremoto del 22 de Mayo está caracterizada por una estrecha y excepcionalmente larga faja de intensidad VIII que se extiende por más de 6º de latitud, desde el N de Concepción hasta el S hasta la Isla de Chiloé. El cuadro general se complica por el terremoto del 21 de mayo que determinó intensidades altas en el área de Concepción. Por otra parte, la evaluación de daños en las ciudades costeras se hace difícil, porque el maremoto borró una buena parte de la evidencia dejada por los daños puramente atribuibles a los sismos. Según Martín Duke y David Leeds, las intensidades para distintas localidades serían las de la tabla siguiente, en el entendido que en cada zona la intensidad no ha sido uniforme siendo muy dependiente de las variaciones locales de la calidad del terreno.
SUR DE CHILE Mayo de 1960
Intensidades Escala Mercalli Modificada
Concepción VIII
Osorno VII - VIII
Pitrufquén VI
Río Bueno VII
Loncoche VI
Río Negro VIII - IX
Lanco VI
Purranque VII
Máfil V
Llanquihue VI - X
Temuco V
Totoral IX
Mariquina VI
Frutillar VIII
Cayumapu VIII
Alerce X
Valdivia X
Puerto Varas
VII
Pelchuquín VII
Puerto Montt
VIII - X
Riñihue X
Ancud VII
La Unión VII
Es esta, ciertamente, una relación muy fría y suscinta de la que ha sido la catástrofe sísmica más violenta que ha sufrido nuestro país, con una dislocación de mas de 1000 km de largo por 200 km de ancho, con un deslizamiento sobre el plano de falla (inclinado en 15º) de 20 a 30 mts y alcanzando 40 km en su parte mas profunda. Sucesión de terremotos que afectaron seriamente a diez provincias de nuestro territorio; que desolaron una región de más de 600 km de longitud habitada por 2,5 millones de personas. Fueron dañadas 450 mil viviendas, 10% de las cuales irremediablemente pérdidas. Más de mil personas perdieron la vida, principalmente a consecuencia del tsunami y las pérdidas materiales alcanzaron una suma superior a
$500 millones de dólares de la época, lo que constituye una cifra que sobrepasa el 50% del valor del presupuesto de la nación de aquel año y está sobre el 12% del producto nacional bruto.
Se decía con anterioridad que no hubo registro instrumental de estos terremotos. Para suplir esta falta de información se han realizado estudios tendientes a determinar la probable aceleración producida, tomando en consideración los daños específicos observados.
El esfuerzo más importante en este sentido y válido para la Planta de Acero de Huachipato corresponde a un estudio del Dr. John Blume de U.S.A.
Diversas publicaciones técnicas especializadas se refieren a estos terremotos y sus efectos.
Como se ha dicho la energía de un sismo se puede expresar en ergs. En la figura 15 (Ref. 1) se compara la energía liberada por terremotos con otros tipos de fenómenos y donde se puede apreciar la importancia energética del gran terremoto de 1960.
Figura 15
Los grandes terremotos de Chile en Mayo 1960 han aportado otra primicia mundial. En la ocasión, fue la primera vez en la historia que fue registrada la vibración de la totalidad de la tierra, fenómeno ya predicho por Poisson en 1813. En efecto fueron perceptibles los modos normales de vibrar: en torsión según el plano del ecuador y en elongación y achatamiento de la distancia entre los polos. Para estos movimientos los tiempos fueron respectivamente de 54 y 44 minutos. A partir de entonces se miden estos períodos para los grandes terremotos, ya que tienen importancia para la comprensión del interior de la tierra. Las medidas de 1960 confirmaron el modelo de estructura general ya desarrollado e inferido de las trayectorias, espacio-tiempo, de las ondas P y S. (Ref. 1)
5.3 ZONA CENTRAL 1985
El domingo 3 de Marzo de 1985 a las 19:47 hora local (22:46:56:8 GMT), se produjo un terremoto de magnitud Richter 7.8, con epicentro en el mar entre Valparaíso y Algarrobo a unos 20 km de la costa y unos 15 km de profundidad. Por sus características, este terremoto es el más destructivo que haya afectado a la zona central en el presente siglo, después del de agosto de 1906. El sismo se inserta dentro de los grandes terremotos ocurridos en la zona desde 1575 (Ref. 5), con una periodicidad cercana a los ochenta años; pero llama la atención que en
términos energéticos es bastante menor que los otros de la serie. (Fig. 16)
Figura 16
El movimiento fue sensible entre Copiapó (27º Latitud Sur) y Temuco (30º Latitud Sur) y según informaciones de prensa, fue percibido en diversas localidades argentinas e incluso en Buenos Aires. La zona afectada por el sismo cubre un área que supera los 500 km en dirección norte a sur y a la latitud de Algarrobo alcanza más de 200 km de ancho. Los daños se extienden incluso a algunas localidades de la provincia de Mendoza en territorio argentino. El sismo afectó un área con una población de seis millones de habitantes, ocasionando 147 víctimas fatales y 2.000 heridos.
El reducido número de víctimas que hubo que lamentar se debió a una afortunada circunstancia: el día y hora del sismo. Si el terremoto se hubiera producido en la noche, atrapando a sus moradores en las numerosas viviendas derrumbadas, el número de víctimas fatales habría sido considerablemente mayor.
Se produjeron extensos y severos daños en las instalaciones portuarias de Valparaíso y San Antonio; en obras de infraestructura vial como caminos y puentes; en hospitales, escuelas y diversos servicios esenciales. La mayoría de los daños en vivienda afectaron a casas de adobe o de albañilería sin refuerzo, de los barrios antiguos de las ciudades. Tal es el caso en Valparaíso, San Antonio, Llolleo y el sector poniente de Santiago. En estos mismos lugares fue importante el daño
en iglesias y monumentos históricos. Fuertemente afectadas resultaron ciudades agrícolas como Melipilla, Curacaví, Rengo, María Pinto, Machalí y Alhué. El efecto del terremoto en la comuna de Melipilla, por ejemplo, alcanzó a 10.800 viviendas dañadas, 7560 irrecuperables; 22 escuelas dañadas, de ellas 7 irrecuperables. De una población de 64.000 habitantes, 57.000 quedaron damnificados.
La pérdida económica provocada por el sismo se ha estimado en mil trescientos millones de dólares; si se considera que la tasa nacional de inversión para el período 1975-1985 alcanzó un promedio de 2.570 millones de dólares anuales, los efectos del sismo pueden compararse con un 50% del total de la inversión anual que realiza el país.
El terremoto de gran magnitud e intensidades altas ha concitado tanto el interés nacional como el de expertos extranjeros; por primera vez en Chile un sismo fue registrado por un número importante de acelerógrafos, 35 en total; y afectó un área en la que se han construido una gran variedad de estructuras diseñadas con disposiciones y normativas sismo resistentes.
Los valores de las aceleraciones fueron particularmente altos en la costa siendo los mayores registros los de la estación Llolleo: 0.669g horizontal y 0.852g vertical.
Muchos fueron los edificios modernos que no sufrieron daños aún en las zonas de más alta intensidad.
La presencia simultánea de estructuras seriamente dañadas y de otras no afectadas, demuestra que nuestras normas están razonablemente calibradas entre conceptos a veces antagónicos: seguridad y economía.
Es importante acotar que en Viña del mar, ciudad que experimentó una gran intensidad del movimiento del suelo, existían al momento del terremoto mas de 400 edificios de hormigón armado, de 5 a 23 pisos. Cerca del 80% del inventario correspondían a edificios de 5 a 9 pisos, 58 edificios tenían de 10 a 14 pisos, mientras los de 15 a 23 pisos sumaban 19. Descartando aquellos del proyecto Canal Beagle, de 5 pisos seriamente dañados, en un área de amplificación topográfica significativa, y aunque existieron severos daños en algunos casos particulares, la mayoría de los edificios resultó con daños menores o sin daños. (Ref. 6)
En estos edificios el porcentaje de muros respecto al área es de 4 a 6%. Estos tipos de edificios son los que anteriormente hemos llamado como del "Modelo Chileno de Edificios".
Varios investigadores extranjeros, especialmente de USA han tratado de comparar los edificios chilenos con aquellos construidos en su país de origen, encontrando diversas diferencias a saber: el alto porcentaje de muros de que los edificios chilenos que además llevan menos
armaduras, y donde a los nudos resultantes de los encuentros entre vigas y pilares, en general no se les exige verificaciones especiales.
Estos edificios chilenos, según algunos análisis, no sobrepasaron el límite de fluencia, es decir no experimentaron una deformación excesiva durante el sismo. No fue nunca importante la deformación entre pisos, corrientemente causante de graves daños.
Pienso que aquí está la simiente de un método nuevo de cálculo que han desarrollado investigadores norteamericanos, que se basa en determinar primero las deformaciones admisibles y luego las fuerzas correspondientes; es decir siguiendo una secuencia en el cálculo contrario a lo que hacemos usualmente.
6. TAREAS PENDIENTES
Se ha hecho un examen del comportamiento de edificios chilenos a sismos destructores, principalmente al de Marzo de 1985 y el resultado a primera vista, parece satisfactorio; ello nos indicaría que podríamos mirar con optimismo el futuro sin introducir cambios a la forma en que hemos actuado hasta ahora, en el caso de la ocurrencia de un nuevo sismo destructor. Pero ello sería falso por los motivos que se expresan a continuación.
Se está desvirtuando el modelo chileno de edificios, con una alta densidad de muros.
Han aumentado extraordinariamente el número de Escuelas de Ingeniería en el país y al no existir acreditación de estudios es altamente probable que se forman ingenieros mal preparados.
Proliferan programas automáticos de diseño.
No se exige revisión de cálculos estructurales obligatoria
No se exige inspección de obras obligatoria
Como cuestión coyuntural; se desconocen las provisiones de cálculo y construcción para los muros cortina.
Para subsanar este peligroso estado de cosas se propone urgentemente adoptar las siguientes medidas :
Acreditación y registro de ingenieros y revisores de estructuras basada en antecedentes académicos y experiencia.
Establecimiento de una instancia obligatoria de revisión de proyectos de cierta envergadura –a definir- por parte de profesionales acreditados.
Exigencia de inspección obligatoria en proyectos de cierta envergadura –por definir.
Creación de un comité de "hombres sabios" que tengan la atribución de interpretar los alcances de la norma de cálculo sísmico y/o permitir soluciones no contempladas en la norma.
En la legislación actual, para compensar algunas de las deficiencias que se pueden presentar en una construcción, se ha elegido el principio de la "responsabilidad personal", pero ello no es suficiente, es inoperante e injusto.
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En un país sísmico como Chile donde en cada década se produce un sismo destructivo sería muy conveniente que existiera un eficiente y metódico plan de cooperación a la comunidad de parte de los ingenieros estructurales especialistas para la correcta evaluación y mitigación de los daños.
La idea general se resume en lo siguiente:
Existiría un número de ingenieros especialistas empadronados y dispuestos a participar en este plan que por lo menos incluiría
Traslado al lugar afectado en el mas corto tiempo para realizar una investigación metódica que identifique las viviendas y lugares comprometidos según una escala de mayor a menor peligro de colapso con indicación de las medidas a adoptar (abandono, refuerzo, permanencia condicionada, etc.) para seguridad de los habitantes.
Realizar una inspección de viviendas y edificios para identificar las causas del deficiente comportamiento de la estructura.
En casos especiales, realizar informes completos que servirían para el avance de nuestros conocimientos.
Como se comprende el numeral 1) constituye una ayuda inmediata a la colectividad para salvar vidas y proteger inmuebles.
Los numerales 2 y 3 servirían a la profesión para aprender de los errores y para recomendar procedimientos mas adecuados.
Es evidente que se deben especificar con mayor precisión los detalles indicados y agregar otros sobre materias contingentes.
La ingeniería sísmica en Chile ha alcanzado un grado de desarrollo, principalmente teórico, de reconocimiento internacional. No obstante existen ciertos avances –verificaciones de la teoría- que requieren
necesariamente de la comprobación experimental a escala natural o en modelos representativos. Ello se hace comúnmente en mesas vibradoras de diversos tamaños y de variados grados de sofisticación.
Se estima que para las necesidades nuestras se requiere una semejante a la instalada recientemente en 1996 en Montreal cuyas referencias se indican a continuación.
Tuvo un valor de un millón de dólares canadienses. Se trata de una mesa vibradora uniaxial de 3,4m x 3,4m con capacidad de carga de 15T. El actuador puede inducir una máxima aceleración horizontal de 3.0g y de 1.0g para la condición sin carga y completamente cargada respectivamente. El rango de frecuencia que admite el sistema es de 0 a 50 Hz.
La adquisición de una mesa vibradora similar a la señalada sería esencial para hacer avanzar las teorías e innovaciones teóricas y su elevado costo se compensaría sobradamente por el perfeccionamiento de nuestros métodos y en general por el avance de la ciencia.
7. COMENTARIOS
Hasta aquí, el material mas mencionado ha sido el hormigón armado, por ser el que mas se emplea en la construcción de nuestros edificios.
En los últimos años, sin embargo, el acero, usado casi exclusivamente en el ámbito industrial, se ha hecho presente en la construcción de edificios, compitiendo con los de hormigón armado. El acero presenta varias bondades para las construcciones sismorresistentes: su peso, resistencia y ductilidad intrínseca. El problema suscitado por falta de ductilidad en los nudos viga-columna de los denominados marcos rígidos dúctiles, a raíz del terremoto de Northridge 1994 California es ya un caso superado. Las ventajas del acero se hacen mas evidentes a medida que aumenta el número de pisos.
La albañilería confinada y armada se usa en Chile preferentemente combinada con pilares y cadenas de hormigón armado, en edificios que normalmente no sobrepasan los 4 pisos.
Se han examinado tres importantes sismos chilenos que desde el punto de vista de la ingeniería sismo-resistente nos han dejado enseñanzas valiosas.
Chillán 1939 demostró la ineficacia de las albañilerias sin armar para resistir los esfuerzos sísmicos y las bondades de la albañilería confinada.
Zona Sur 1960 señaló la considerable importancia que tiene la mecánica de suelos y su consideración en los proyectos de ingeniería.
Zona Central 1985 puso a prueba nuestro sistema de construcción de edificios donde los muros de rigidez juegan un rol preponderante. Se podría argumentar que el exámen no fue muy exigente por tratarse de un sismo de magnitud 7.8, siendo que la zona en el pasado ha sido afectada por terremotos de mayor magnitud. A esa crítica se podría responder recordando que el sismo de 1985 registró aceleraciones bastante altas en la zona costera. Además debe considerarse que a ese nivel de magnitudes el contenido de altas frecuencias (las mas destructivas) no aumentan al mismo ritmo que las de baja frecuencia y que por lo tanto el poder destructivo de un sismo con M=8.5 por ejemplo, no será mucho mayor que el registrado en 1985, aunque con mayor duración en las aceleraciones mayores.
Por otra parte, cada sismo destructor vuelve a señalar los mismos defectos. Los errores de cálculo y de construcción; la falta de inspección y falla en los materiales, no se han podido desterrar.
El hecho ineludible de que vivimos en un país de alta sismicidad nos obliga a estar preparados para esa condición y adoptar medidas, antes, durante y después del terremoto.
Es altamente probable que la investigación conducente a predecir un terremoto, no alcance nunca a determinar el momento de la ocurrencia del sismo, debido a la no linealidad de los diversos factores que influyen en su generación. Por otra parte, un pronóstico de corto plazo permitiría solo salvar vidas, pero no evitar daños materiales.
La única respuesta ante la amenaza sísmica en nuestro país, es por lo tanto, el desarrollo vigoroso de la ingeniería sísmica lo que hoy es posible gracias al número de investigadores de primera línea que existen en nuestras principales universidades, e intensificando los esfuerzos que se han hecho hasta ahora. Las investigaciones sismológicas y sus interpretaciones sismo tectónicas son también de primera prioridad en Chile, pues el conocimiento detallado de las zonas sismogénicas permite hoy día, con mas facilidad, con el auxilio de la computación, entre otros, evaluar las aceleraciones máximas resultantes de los diversos tipos de ruptura. Deben aprovecharse, como se ha dicho las condiciones de subducción excepcionales en un extendido trecho que ofrece nuestro país.
En los criterios de diseño sísmico de edificios ha sido costumbre aceptar que para sismos fuertes (Mayores de VII) se permitan daños no estructurales, pero se evite el colapso. En los países con economías mas avanzadas se está cuestionando este concepto, exigiéndose que se evite no solo el colapso, sino que también los daños no estructurales. Este es un problema económico donde se enfrentan dos costos: el de las terminaciones de los edificios y el valor
de hacer la estructura total más resistente. Por supuesto, este nuevo enfoque tiende a encarecer a las estructuras.
En los últimos tiempos han surgido nuevas ideas respecto a la protección ante el peligro sísmico.
En base a consideraciones derivadas del avance tecnológico, se ha propuesto resolver el problema: de hacer las construcciones mas seguras, de otra manera, y conseguir que el temblor afecte menos a las estructuras. La idea es de acoplar a la estructura un sistema mecánico y lograr que este último absorba una parte de la energía sísmica que le llega al conjunto.
Se podría plantear la siguiente ecuación global
Esísmica = Eestructura + Esistema mecánico
E = energía
De esta manera la energía sísmica que le corresponde a la estructura se reduce.
Se han ideado diversos dispositivos que representan lo que aquí se está llamando sistema mecánico y que en la literatura técnica se denominan como sistemas de protección pasiva. Estos sistemas han tomado varias formas: disipadores pasivos, fluencia de metales, fricción, deformación de metales sólidos viscoelásticos, deformación de fluidos viscoelásticos, extrusión de metales, forzando a un fluido a pasar por un orificio y recientemente aleaciones con memoria que recuperan su forma.
Con cierto retardo, debido a su complejidad, está en desarrollo igualmente la técnica de los sistemas de protección activa.
En los sistemas pasivos no se agregan fuerzas exteriores, pero en los sistemas activos, deliberadamente, en el momento oportuno se hace intervenir fuerzas exteriores. (Diferencia entre Planta e Insecto).
El sistema pasivo que ha tomado mayor desarrollo y se está adoptando en los países mas avanzados es el de aislación en la base.
Se trata de apoyar a la estructura no directamente sobre el terreno sino que sobre aisladores cilíndricos de caucho laminado con intercalaciones metálicas, como se muestra en la figura 17. Se logra de esta manera frente a un sismo, desacoplar el movimiento del suelo con respecto al de la estructura, reduciendo la respuesta sísmica.
Figura 17
Cerca de la Escuela de Ingeniería de Beauchef existen dos edificios idénticos de 4 pisos de los modelos tipos de la SERVIU, uno con fundaciones corrientes y el otro provisto de aisladores en la base. Ambos edificios están instrumentados con acelerógrafos (Fig. 18). Aunque, no se han registrado movimientos fuertes desde su construcción, para los sismos pequeños que han ocurrido se puede apreciar la gran reducción de respuesta sísmica del edificio sobre aisladores.
Figura 18
Lo que hace aún más interesante esta experiencia es que la totalidad del aislador sísmico ha sido confeccionado en el país; todo esto en un programa de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Chile.
Otro ejemplo ya construido son los aisladores en el Puente Marga-Marga (Fig. 19)
Figura 19
De interés es el sistema pasivo patentado como ADAS que se muestra en la fig. 20 Ref. 7 y que ha sido empleado conjuntamente con otros métodos en la reparación de edificios dañados por el sismo de México, Sept. 1985. (Fig. 21) (Ref. 8)
Figura 20
Figura 21
Pienso que para Chile también deberían ser tomados en cuenta.
Son muchos e importantes los esfuerzos que se están realizando en USA, Nueva Zelandia y especialmente en Japón para hacer progresar estas ideas.
Es interesante a su vez que la Universidad Católica de Chile acaba de instalar un Laboratorio de Ensayos Dinámicos y Control de Vibraciones que permite ensayos de aisladores sísmicos, de materiales elastoméricos, de disipadores de energía y simulador dinámico, todo lo que apunta al mismo interés del desarrollo e implementación de lo que estamos llamando sistemas mecánicos pasivos.
En las figuras 22 y 23 se muestra una pequeña mesa vibradora de 6 grados de libertad, aceleración 0.6 a 0.8g, que permite el estudio de la respuesta dinámica de modelos a escala, con sistema de reducción y
que será utilizada no solo en investigación sino que también en docencia.
Figura 22
Figura 23
Para la presentación del sistema mecánico activo, la discusión se basará en la explicación del diagrama de bloque que se observa en la figura 24. Aquí por ejemplo la excitación podría ser la acción sísmica que es captada por la estructura y el sensor de la izquierda. La estructura proporciona la respuesta estructural que es captada por el sensor de la derecha. Ambos sensores suministran su información a la caja "Computo de Fuerzas de Control" que define las fuerzas de control. Con los debidos ajustes esta fuerza final puede ser compuesta de manera de generar una fuerza igual y contraria a la que produce el temblor. De esta manera se anularía el temblor sobre la estructura o mas bien se reduciría considerablemente; el obstáculo para su eliminación total proviene de la inercia de los mecanismos que se ponen en movimiento. En Tokio existe un edificio real: el Edificio Kyobashi Seiwa que ha sido dotado con estos dispositivos para controlar el viento y los sismos menores.
Figura 24
En la sesión de clausura del primer Congreso de la IAEE en San Francisco en 1956 el prof. Jacobsen de la Universidad de Stanford lanzaba la idea de que el problema sísmico se resolvería cuando la estructura se transformara en una máquina.
¡Y eso se va consiguiendo en parte!
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Earthquakes and Geological Discovery
Bruce A. Bolt. Scientific American Library
Research Vessel Sonne Cruise No 101 23.03-07.05.1995
Condor A study of Chilean Offshore Natural Disasters and Ocean Environmental Research.
Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings
T. Paulay, MJN Priestley. John Willey and Sons, Inc. 1992,.
INN Diseño Sísmico de Edificios NCh 433 Of. 96.
Principales Características Sísmicas del Terremoto de Marzo de 1985.
Sergio Barrientos, Edgar Kausel. Ingeniería Sísmica. Instituto de Ingenieros de Chile. Hachette. Dirigida por Rodrigo Flores A.
Performance of Reinforced Concrete Buildings in the 1985 Chile Earthquake Rafael Riddell Proceedings of the Tenth World Conference on Earthquake Engineering 1992 Madrid. Spain.
