HACIA UN CÓDIGO MODELO NACIONAL PARA DISEÑO SÍSMICO / ÉDGAR TAPIA HERNÁNDEZ Y COLS

Tensión Tensión

Contraventeos convencionales

Desplazamiento Desplazamiento

Pandeo

Compresión Compresión

Figura 9. Comportamiento histerético de a) contraventeos restringidos contra pandeo y b) contraventeos convencionales.

Figura 10. Capacidad de carga lateral de una estructura equipada con contraventeos restringidos al pandeo.

El uso de contraventeos restringidos contra pandeo incrementa la rigidez de las estructuras y, en consecuencia, se disminuye el periodo de vibrar. Además, éstos aportan resistencia a carga lateral y capacidad de disipación de energía por comportamiento inelástico del núcleo. En la figura 10 se observa un esquema de la capacidad de carga lateral de una estructura equipada con estos dispositivos. Se puede ver que la capacidad de carga total se incrementa gracias a los dispositivos. Además, éstos fluyen con desplazamientos pequeños, lo que permite proteger a las estructuras, que preferentemente deben ser diseñadas para permanecer elásticas ante cargas sísmicas. La disipación de energía se debe llevar a cabo en los contraventeos restringidos al pandeo, que son capaces fluir de manera estable para disipar energía.

Una de las principales características de estos dispositivos es que son de bajo costo, lo que los ha convertido en uno de los sistemas más populares en las últimas décadas. Por otro lado, se ha visto que el uso de estos dispositivos permite diseñar estructuras con respuesta controlada, con elementos estructurales de dimensiones relativamente menores y con descargas bajas a la cimentación. Además, aunque es poco probable que se deban sustituir gracias a su gran capacidad de disipación de energía, los dispositivos son reemplazables, lo que reduce significativamente los costos de reparación, si se comparan con los costos esperados en estructuras convencionales.

Comentarios finales

En este artículo se ha presentado un breve resumen de las tecnologías de protección sísmica más comunes en el mundo. Se han mostrado los principios básicos de su funcionamiento y los beneficios que ofrecen a las estructuras y a la sociedad. Se puede decir que el uso de estas tecnologías puede llevar a las estructuras a un estado de ocupación inmediata después de un gran terremoto. Es responsabilidad de todos los involucrados en la industria de la construcción el aprovechar estas bondades para beneficio de nuestra sociedad que demanda mejores construcciones. Será sólo mediante el uso de tecnologías de protección sísmica que lograremos la anhelada resiliencia sísmica de nuestras sociedades

Carga lateral

VyT

Vy1

Vy2

k2 k1 Total

Estructura

Dispositivos

dy2 dy1 Desplazamiento

Referencias

CFE (2019). Manual de Diseño de Obras Civiles. Cap. C32. Diseño de estructuras con aislamiento de base. México. Christopoulos, C., y A. Filiatrault (2006). Principles of passive supplemental damping and seismic isolation. Pavia: IUSS Press. Constantinou, M., A. Mokha y A. Reinhorn (1990). Teflon bearings in base isolation II: Modeling. Journal of Structural Engineering (2)116: 455-474. Hwang, J.-S. (2002). Seismic design of structures with viscous dampers. International Training Programs for Seismic Design of Building Structures. Naeim, F., y J. Kelly (1999). Design of seismic isolated structures from theory to practice. John Wiley & Sons. Skinner, R., W. Robinson y G. McVerry (1993). An introduction to seismic isolation. Londres: John Wiley & Sons. Takagi, J., y A. Wada (2019). Recent earthquakes and the need for a new philosophy for earthquake-resistant design. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 119: 499-507.

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Hacia un código modelo nacional para diseño sísmico

Actualmente, un nutrido grupo de especialistas está desarrollando un código modelo para el diseño sísmico de edificaciones, que incluirá recomendaciones modernas sobre criterios de análisis y diseño sísmico para estructuras simples, intermedias y complejas e incluirá aspectos locales y regionales.

EDGAR

TAPIA HERNÁNDEZ

Profesor investigador de la Universidad Autónoma MetropolitanaAzcapotzalco. Presidente de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica.

LEONARDO

FLORES CORONA

Investigador del Centro Nacional de Prevención de Desastres.

RAÚL

JEAN PERILLIAT

Jean Ingenieros.

HÉCTOR

GUERRERO BOBADILLA

Investigador del Instituto de Ingeniería UNAM. México está localizado en la cercanía de cinco placas tectónicas de gran actividad sísmica: Caribe, Pacífico, Norteamérica, Rivera y Cocos. Tan sólo en el transcurso del año 2020, el Servicio Sismológico Nacional reportó 3,065 sismos con una magnitud mayor a 4.0. Esta alta actividad afecta edificios localizados en ciudades cercanas a la región donde hacen contacto las placas, pero también a edificaciones en lugares distantes de los epicentros. De hecho, los daños provocados en las ciudades mexicanas por los sismos representan un efecto negativo en la tasa de crecimiento económico; por ejemplo, el sismo del 19 de septiembre del 2017 representó una afectación por hasta –0.3% del PIB (Femat y Salazar, 2017). Aunque se han logrado destacados avances en sismología, ingeniería sísmica y gestión de riesgo, la amenaza sísmica es un tema complejo que subraya la importancia de reducir la vulnerabilidad de las edificaciones ante la ocurrencia de estos fenómenos para salvaguardar a los ocupantes y reducir las pérdidas económicas.

Con este panorama, algunos de los esfuerzos deben estar encaminados a establecer criterios mínimos para el diseño sísmico de edificaciones; esto ya había sido identificado anteriormente por algunas iniciativas: a. El Código de Edificación de Vivienda se publicó en 2006 en atención a la Ley de Vivienda expedida ese mismo año (actualmente en su tercera edición;

Conavi, 2017). Se trata de un documento que provee a los gobiernos locales una especificación sobre los ordenamientos que rigen la edificación. Específicamente, en el capítulo 12 se establecen los criterios para la definición de las demandas sísmicas, pero no ha logrado el impulso y la penetración que se requiere en el campo de la práctica. b.El Capítulo de Diseño por Sismo del Manual de

Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad (CFE, 2015). Pese a que es un manual y carece de

obligatoriedad (no es un reglamento), es uno de los documentos técnicos más referenciados y de amplia aceptación, puesto que cubre todo el país y se actualiza constantemente. Este documento está destinado al diseño de la infraestructura eléctrica, por lo que en ocasiones se complica la generalización de los criterios a otros casos prácticos. c. La norma mexicana NMX-R-079-SCFI-2015 para la seguridad estructural de la infraestructura física educativa, que señala los criterios para el diseño de escuelas (Inifed, 2015) y que está basada en el manual de la CFE. Es ya una referencia en el diseño y análisis de escuelas públicas del país. d.El mapa del Global Seismic Hazard Assessment Program (GZP, 1999), que fue una iniciativa del Programa

Internacional de la Litosfera (ILP, por su nombre en inglés) con el apoyo del Consejo Internacional de

Uniones Científicas (ICSU), en el marco del Decenio

Internacional de las Naciones Unidas para la Reducción de Desastres Naturales (ONU/DIRDN). Éste fue usado

Figura 1. Logotipo de las actividades del código modelo.

por la Guía de diseño sísmico de edificaciones de mampostería confinada de baja altura del Instituto de Investigación en Ingeniería Sísmica de Estados Unidos (Meli et al. 2011), y funciona como un manual de diseño sísmico de estructuras de mampostería para vivienda, de alcance internacional. El objetivo principal era utilizar un mapa de amenaza sísmica global de una manera armonizada y coordinada regionalmente, que incluía demandas de aceleración para México.

¿Por qué tendría que ser un código modelo?

Desde un punto de vista legal, en México no sería posible contar con un reglamento nacional impuesto por la federación, puesto que la interpretación del artículo 115 de la Constitución establece que los estados adoptarán su organización política y administrativa del municipio libre, y que éste está facultado para otorgar las licencias y permisos de construcciones. Asimismo, el artículo 27 establece que el municipio expedirá los reglamentos y disposiciones administrativas que fueren necesarios. Puesto que en el país hay 2,467 municipios, se requeriría una cantidad equivalente de reglamentos para el diseño sísmico. En el año 2002 sólo existían 13 reglamentos estatales y 27 reglamentos municipales, según un estudio realizado por el Centro Nacional para la Prevención de Desastres y la Secretaría de Desarrollo Social (Cenapred, 2019). De ellos, el 45% no contienía criterios mínimos para el diseño sísmico.

Ante la carencia de una normativa local, es común que en la práctica se recurra a manuales para suplir o determinar los criterios de diseño y las demandas sísmicas locales. Sin embargo, los documentos disponibles están dirigidos a otras regiones o a infraestructura educativa, eléctrica u otros, que no necesariamente son aplicables para el análisis y diseño sísmico de las edificaciones locales, como ya se ha comentado. Por otro lado, en algunas regiones del país es común usar la normatividad de Estados Unidos mezclada con requisitos y especificaciones locales, lo cual representa una combinación incierta, puesto que varios conceptos no son compatibles o equivalentes.

En otros países, que están conformados también en una federación, el aparente obstáculo legal se ha afrontado y resuelto mediante un trabajo consensuado entre los involucrados. El consenso ha sido la clave para la aceptación generalizada de los códigos de diseño. Los especialistas han formado comités en asociaciones civiles para publicar manuales técnicos competitivos que después son aceptados en la práctica y solicitados por los proyectos y concursos para realizar edificaciones. En este proceso, la autoridad respalda los manuales hasta que se adoptan como estándares, códigos o reglamentos. Algunos ejemplos de éxito de esta tendencia y consenso son el Eurocódigo y varios manuales del AISC (Instituto Estadounidense de Construcción en Acero), el ACI (Instituto Estadounidense del Concreto) y la ASCE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles).

Quizás el ejemplo de consenso mayor es el Eurocódigo, que ha logrado agrupar los intereses de distintos países en una región del mundo. De manera similar, actualmente existe una iniciativa para formular un Código Modelo de Diseño Sísmico para América Latina y el Caribe (Watt y Murillo, 2019), que es un desarrollo colaborativo entre países que comparten riesgos de amenaza sísmica y que reconocen los beneficios de una posible estandarización de la normatividad sísmica, esto es, un consenso.

Un documento que establezca los criterios de diseño no podría llevar el nombre de reglamento o de norma, puesto que no tendría (inicialmente) un carácter legal. Se trataría de una propuesta técnica que posteriormente podría adoptar cada uno de los gobiernos municipales, por lo que se ha llamado código modelo, como un conjunto de reglas o preceptos. El título del documento debe acotar el marco normativo hacia edificios y estructuras similares, con la intención de definir con claridad los alcances de aplicabilidad, y sobre todo ha de ser de fácil implementación. Es así como se concluyó que el documento debería llamarse Código Modelo Mexicano para el Diseño Sísmico de Edificaciones.

Un llamado al consenso

En la actualidad, un nutrido grupo de especialistas de todo el país desarrollan en forma independiente pero coordinada los capítulos del código modelo. Los capítulos del contenido han evolucionado a partir de mesas de trabajo conformadas por profesionales mexicanos en sismología, ingeniería civil, arquitectura, geofísica, práctica profesional, investigación y docencia con amplia trayectoria en ingeniería sísmica y análisis y diseño de edificaciones, y están abiertas para recibir comentarios y nuevos integrantes, a fin de conseguir el consenso.

Daño por sismo en estructuras de mediana altura.