ESTRUCTURAS DE ACERO: La evolución de los códigos sísmicos y el efecto de estos en códigos de diseño y la construcción

Introducción
Los Códigos de Construcciones, son un arma poderosa para Mitigar los daños que pudieran producirse en las edificaciones y obras civiles de un país, sobre todo cuando se produce un evento natural importante, como pudieran ser un Huracán o un Terremoto. Por tal motivo se hace imprescindible que cada país posea un cuerpo de Reglamentos que garanticen a los ciudadanos el usufructo de todas las obras construidas, además de garantizar las inversiones en el tiempo para que puedan cumplir su periodo útil de existencia.

Cuando ocurre un Huracán o Terremoto de importancia, si no sé esta debidamente preparado, las pérdidas económicas sin contar las de vidas, pudieran generar un colapso económico de difícil recuperación, sobre todo para economías frágiles como las de nuestros países latinoamericanos.

Normas sísmicas.
Para empezar se han preguntado que son las normas sísmicas y su objetivo.
Las normas sísmicas son un compendio de regulaciones de diseño que tienen como objetivo no que un edificio se dañe después de un terremoto o que hayan perdidas económicas sino que el publico este a salvo de daños a su persona este es uno de los objetivos y quizás el único que estas normas tengan.

Desarrollo de los códigos sísmicos
En un principio no hay códigos, estos empiezan a aparecer después de los primeros terremotos del siglo XX, la comunidad de ingeniería decide el implementar algún nivel de fuerzas laterales para evitar el colapso de los edificios es así que en EE UU se comienza a publicar códigos de construcción en 1927 con el primer Uniform Building Code 1927 y en este código aparecen por primera vez especificaciones o requerimientos para diseñar en zonas donde hay terremotos, el ultimo código es el internacional Building Code 2003 (IBC 2003), y se muestra a continuación una tabla de la trayectoria de estos códigos:

TABLA 1. Publicaciones de códigos sísmicos

La evolución de los códigos sísmicos.
Para el UBC 1927 como primer código se usa una carga sísmica W = DL +LL ; Si es de Zona 3 y carga Viva mayor a 50 psf

La fuerza lateral es F = C*W
Donde C es:
C= 0.075 si el suelo tiene una capacidad de resistencia mayor o igual a 2 000 psf
C= 0.1 si el suelo tiene una capacidad de resistencia menor a 2000 psf

Los terremotos

El terremoto de San Francisco de 1906 es una de los más devastadores de EE.UU.
Por razones políticas y económicas el Terremoto de San Francisco se convierte en el incendio de San Francisco, el gobierno de esta ciudad quiere ocultar al mundo que el terremoto fue realmente devastador, para evitar que la gente deje de ir a San Francisco y se le dice a los EE UU que la mayor parte del daño fue ocasionado por el incendio. Se llega a modificar las fotos del daño causado por el terremoto para que parezcan daño de incendio.

Como consecuencia de estas acciones la practica constructiva en esta ciudad no cambian como debía de ser despué un terremoto tan grande y devastador (magnitud Mw=7.9, Ms = 7.7, 3000 muertos y 225 000 heridos)

Efectos del terremoto en la ingeniería sísmica.
Para la fuerzas sísmicas para pórticos en en IBC 2003 en la parte plana del espectro

V= 0.11W para suelo SB
V= 0.13W para suelos SD
Donde W es solo carga muerta

Para Paredes el cortante
V = 0.18 W para suelos SB
V = 0.20 W para suelos SD

Los cambios principales que se dan en los códigos son:

Fuerza de diseño, cambia, esto es significativo
Ductilidad; los requerimientos de ductilidad son mucho mayores por eso se permite diseñar para fuerzas bien pequeñas.
Detalles de refuerzo de concreto
· Se colocan estribos para proveer ductilidad
· Columna fuerte viga débil
Detalles de refuerzo de acero.
· Columna fuerte viga débil
· Detalles especiales en los nudos y en las uniones viga columna

Los conceptos de diseño sísmico modernos, que son los mismos que hace 70 años son obsoletos, el objetivo de los códigos es que la estructura sobreviva el Gran terremoto con daños quizás grandes pero sin colapso no pérdidas de vidas. Esto es equivalente a decir si nos referimos al cuerpo humano que habrá costillas rotas, dislocamientos de las articulaciones, rotura de la columna vertebral, se romperán los dientes pero la persona va a estar viva.

El factor R. Proviene de:
· Amortiguamiento extra
· Sobre resistencia
· Efecto de ductilidad
Factores reales
· Amortiguamiento extra = 1.5
· Sobre resistencia = 1.25
· Efecto de ductilidad = 2
R= 1.5*1.25*2 = 3.75
Quizás 4

Los valores de 6, 8, 10 salen de la costumbre y no tienen fundamento científico, en los códigos estos valores se consideran constante sin embargo estos valores dependen del periodo de la estructura se la ductilidad que queremos obtener es constante.

Para el diseño de una estructura se procede como sigue:
· Diseño preliminar
· Calculo de pesos
· Calculo de efecto de las cargas verticales
· Calculo de las fuerzas sismicas reducidas
· Cálculo de las fuerzas del elemento
· Axial
· Momento
· Cortante
· Torsión
· Proveemos esfuerzos par tomar estas fuerzas
· Si hay edificios adyacentes calcular desplazamientos para que no choquen
· Fin

Al finalizar el proyecto no sabemos si nuestro edificio tiene la capacidad de desplazamiento suficiente para no colapsar, esto como lo dice el autor es “un acto de fe”, tampoco se hace calculo para saber si son el daño asumido y los desplazamientos no lineales el edificio es estable

Anotaciones.

Con el fin de ir mejorando las construcciones con respecto a los efectos sísmicos, es preocupación de los ingenieros en este tema, dar le a las construcciones un nivel de seguridad mas adecuado para que las personas que trabajan o viven en dichas edificaciones se sientan más seguras, el empleo de cargas sísmicas y factores de sobre cargas es un método adecuado sin embargo en algunos casos se sobre diseña, esto causa un aumento en el costo de las construcción a la hora de seleccionar el material para construir y se supone que como ingenieros debemos de construir elementos seguros al costo más bajo sin dejar de lado la seguridad, con el transcurso del tiempo y con el empleo de sistemas computacionales nos a permitido tomar en consideración elementos que antes no se podían, como lo es el caso de los tipos de suelos y sus diferentes aceleraciones, los sistemas de calculo nos permite hacer simulaciones que se asemejan a la realidad y por ende más seguros.

Sin embargo los cambios obedecen a las consecuencias de los más devastadores terremotos de los últimos 100 años, esto ha obligado a tomar medidas mucho más rigurosas en los sistemas de diseño y construcción. En Costa Rica este patrón de cambio también es evidente como el cambio que se da en el código después del terremoto de limón, se proponen tres zonas de diferentes niveles de amenaza sísmica representada como una expectativa de aceleración pico efectiva del terreno para cada zona. Para sitios en roca, la aceleración máxima efectiva anticipada es de 0.4g para zona IV, 0.3g para zona III y 0.2g para zona II. El mapa 3 adjunto presenta la zonificación propuesta.En el mapa 1 se observa la zonificación sísmica para 1974 en la cual se consideraba al país como una sola zona sísmica y en el mapa 2 se consideran las isoaceleraciones para diferentes periodos de retorno en este caso es para 500 años

MAPA 1.Se considera al país sismicamente uniforme,

MAPA 2, isoaceleraciones amax con un periodo de retorno de 500 años y en % de g

MAPA 3
El país está dividido en tres zonas sísmicas llamadas Zonas II, III y IV, con correspondientes Aceleraciones Pico en Tierra Efectivas aef sobre Rocas de 0.2, 0.3 y 0.4 de gravedad para Terremoto Severo