HISTORIA Y PROGRESO DE LA INGENIERIA SISMICA Mundialmente los sismos han causado fatalidades y destrucción. La tendencia abso absolu luta ta de las las fata fatalid lidad ades es no decr decrec ece, e, aunq aunque ue si se cons consid ider era a que que la población población aumenta un decrecimie decrecimiento nto relativo relativo está ocurriendo. ocurriendo. Las pérdidas pérdidas económicas van aumentado. Es sorprendente el olvido que los sismos padecen tanto en la geografía como en la historia. arecería que los terremotos no ocurren, o no han ocurrido, o, por lo menos que nada tienen que ver con disciplinas tan intercone!ionadas como las las citadas. "in emba mbargo rgo, la madre #ierra, la vie$a %ea, se agita agita consta constante ntemen mente te y cada cada cierto cierto tiempo tiempo,, en un espaci espacio o concr concreto eto,, una una catástrofe tel&rica se suma a los anales del sufrimiento de la 'umanidad. Los sismos ocurren aquí o allá, antes o después, con una instantánea secuela de pánico en los seres vivos, destrucción, leve o grave, de edificaciones y otras obras del hombre (infraestructuras, cultivos...) y, a veces, pérdida de vidas. Los sismos son fenómenos naturales que ata*en al territorio, al hombre y a su entorno, y no pueden ser olvidados por los geógrafos. + como han ocurrido en todas las edades (y ocurrirán, de eso podemos estar seguros) su impacto en hombres, tierras y localidades, también ha de ser registrado por la historia. os encontramos, por decisión de la -..., en el /ecenio 0nternacional para la reducción reducción de desastres desastres naturales y, desde esta perspectiva, perspectiva, geográfic geográfico1 o1 ecológica, en su sentido prístino, aportamos las presentes refle!iones. En este análisis acudiremos a la dualidad 2geografía1historia2, no a la manera antigua, en que la geografía, simple corografía fía, era una ciencia 2au!iliar2 (ancilla) de la historia, pero sí desde un enfoque moderno, en que una y otra disciplinas se buscan y se complementan. 3eremos cómo, en el estudio de la sism sismic icid idad ad,, y frent frente e a la e!ac e!acer erba baci ción ón de las las hipe hipere resp spec ecia iali lida dade des, s, podemos hablar de 2geo historiadores2.
La Ingeniería Sismo resistente en el Mundo
Anteedentes.1 4on el invento de la máquina a vapor reali5ado por 6ames 7att en 89:; se inicia la llamada revolución industrial en el mundo, esta revolución trae como consecuencia la migración de la gente del campo a las ciudades donde se encontraban las fábricas. Las poblaciones que en aquellos tiempos estaban conformadas por unos cuantos cientos de personas, pasan a tener miles de pobladores, la necesidad de vivienda se acrecienta, y como respuesta se empie5an a construir grandes edificaciones. La vida citadina que comien5a a desarrollarse en el mundo con mucha fuer5a a fines del siglo <0<, no previó, ni por asomo, los enormes da*os que podían causar los sismos, tanto a la propiedad como a la vida humana. La !rimera e"!erienia #i#ida$ !ara el mundo oidental$ %ue el terremoto de San &raniso en '()* +l ual se #io agra#ado !or un inendio ,ue de-o .))) muertos / la iudad de#astada0 Este desastre %ue la am!anada de alerta / el omien1o de la 2istoria de la ingeniería sismorresistente0 Era claro que ninguna sociedad podía vivir con este riesgo y por lo tanto era impostergable plantear una normatividad para el dise*o y la construcción de edificios. Es así que nacen los códigos de dise*o sismorresistente, los cuales !retenden reduir la #ulnera3ilidad sísmia de los edi%iios en 3ase a dis!osiiones que tienen que ver con la fuer5as sísmicas mínimas de dise*o, sistemas estructural (a través de la estructuración), detallado de las armaduras, materiales y sistemas constructivos. La %inalidad es im!edir el ola!so de las edi%iaiones0
La respuesta a este problema por parte de la comunidad de ingenieros fue que los edificios debían dise*arse para =resistir> fuer5as sísmicas.
or tal ra5ón es que de inmediato se da una reglamentación de emergencia por la que los edificios en 4alifornia debían dise*arse para soportar una =presión> lateral uniforme de ?@ lbsApieB. Luego, en 8;B9 se redacta el primer código C4 el cual incluye un apéndice de dise*o sísmico en el que se estipula que las edificaciones deben ser dise*adas para una fuer5a lateral por sismo deD 3 47 (4@.@9F a @.8@). 4reemos que el nacimiento formal de la 0ngeniería "ismorresistente en -ccidente fue a partir del terremoto de "an Grancisco en 8;@:.
'()* 4 Luego del terremoto de "an Grancisco en 8;@:, se dicta una =ordenan5a> para el dise*o sísmico de edificaciones la cual prescribía que los edificios debían ser dise*ados para resistir una presión lateral de ?@ librasApieH.
'(56 4 "e redacta el primer código C4 el cual incluye un apéndice de dise*o sísmico en el que se estipula que las edificaciones deben ser dise*adas para una fuer5a lateral por sismo deD 3 47 (4@.@9F a @.8@). "e dise*a el primer sismógrafo. '(.. 4 "e publica el libro =Continuous &rames o% Rein%ored Conrete> de 'ardy 4ross, donde e!pone su método de análisis para pórticos de concreto armado. '(7) 4 "e produce el terremoto de 0mperial 3alley donde se registra el primer acelerogarma denominado acelerograma =El Centro>. "e desarrolla la metodología del =Es!etro de Res!uesta> para el cálculo de la fuer5a sísmica. '(7( 4 La órtland 4ement Issociation publica un traba$o de investigación titulado =Inálisis of "mall Monolithic 4oncrete Cuildings for EarthquaJe forces>, en el que se plantea el om!ortamiento de dia%ragma rígido de los te2os / la distri3ui8n del ortante símio en !ro!ori8n a la rigide1 de los elementos estruturales #ertiales0 '(95 4 "e publica el reporte reali5ado por I"4E y "E-I4, en el que se propone que el coeficiente sísmico 4 se calcule en función del período de la estructura y que la fuer5a sísmica basal se distribuya en función de la altura de los pisos. '(9* 4 "e reali5a la 8ra 4onferencia Mundial de 0ngeniería Intisísmica. "e publica el código I40 ?8K18;F:, en el que en uno de sus apéndices se introduce el =/ise*o a la otura>
'(9( 4 "E-I4 publica su código sísmico en el que se prescribe que la fuer5a sísmica basal para un edificio debe calcularse con la siguiente e!presiónD 3 47 (4 @.@FA #8A? 4N @.8@) ( es un factor numérico que depende del amortiguamiento, ductilidad y rigide5 de la estructura). '(*' 4 "e publica el libro =/esign of Multistory einforced 4oncrete for EarthquaJe Motion> de Clume, eOmarJ y 4orning. "e modifica el C4, este prescribe la siguiente e!presión para el cálculo del cortante sísmicoD 3 P 4 7 (4 @.@FA #8A? 4N @.8@ ), y se reconoce la necesidad de dotar de ductilidad a las estructuras. '(*6 4 En el comentario al Libro I5ul del "E-I4, se presenta la filosofía para el dise*o sismorresistente de edificios, dicha filosofía establece los siguiente niveles de desempe*o sismorresistente en las edificacionesD 8. revenir todo tipo de da*os en movimientos sísmicos de ba$a intensidad, que pudieran ocurrir frecuentemente durante la vida &til de la estructura. B. revenir el da*o estructural y minimi5ar el da*o no estructural durante movimientos sísmicos de intensidad moderada, que puedan ocurrir ocasionalmente. ?. Evitar el colapso o da*o serio durante los movimientos sísmicos severos que raramente pueden ocurrir. '(6' 4 "e publica el libro =Gundamentals of EarthquaJe Engineering> de eOmarJ y osenblueth. "e publica el I40 ?8K18;98 en el que se incluye un apéndice para dise*o sísmico de edificios. '(67 4 "e modifica el código "E-I4, el cual prescribe la siguiente e!presión para el cálculo del cortante sísmicoD 3 P 0 " 4 7 donde 4 8A(8F #8AB) 4 N @.8B, 0importancia de la edificación y " factor numérico dependiente del perfil del suelo. '(:5 4 En un esfuer5o con$unto entre "I16I- se ensaya un edificio de 9 pisos de concreto armado a escala natural. '(:: 4 Los códigos del C4 y "E-I4, prescriben la siguiente e!presión para el cálculo del cortante sísmicoD 3 P 0 " 4 7 A O donde 4 8.BF "A#BA? 4NB.9F 4A7 Q @.@9F. '((5 4 "e reali5a la 8@ma 4onferencia Mundial de 0ngeniería sismorresistente, en la que el profesor Certero de la niversidad de CerJeley cuestiona seriamente el formato de los códigos de dise*o sismorresistente y plantea el llamado =/ise*o por /esempe*o>.
1 El desempe*o mostrado por las edificaciones dise*adas con los reglamentos actuales no concuerdan con la filosofía de desempe*o especificada por los mismos 1 La fuer5a sísmica de dise*o a permanecido prácticamente invariable desde la establecida por el código C4 de 8;B9 1 "e ha confiado e!ageradamente en la ductilidad que pueden desarrollar las edificaciones. 1 o se ha prestado la debida importancia al estudio del riesgo sísmico. 1 "e plantea la necesidad de dise*ar las edificaciones, por lo menos, para dos niveles de sismos. 1 "e plantea la necesidad que los códigos de dise*o sismorresistente tengan un formato transparente y comprensible
La Ingeniería Sismo resistente en el Per; ara poder reali5ar una opinión crítica, lo más completa posible, del desarrollo de la ingeniería sismo resistente en el er&, creemos adecuado =recorrer el tiempo> citando en cada épocaD el tipo de estructuras e!istentes, sus materiales, el estado del conocimiento del comportamiento de dichos materiales, el estado del conocimiento del comportamiento de las estructuras frente a movimientos sísmicos, el estado del conocimiento de las demandas sísmicas y las herramientas de análisis.
'())4'(.) 4 I comien5os del siglo <<, las edificaciones en el er& (Lima, Irequipa, #ru$illo), eran esencialmente las edificaciones que heredamos de la colonia.............. La llegada del cemento y la invención del concreto armado comien5an a ser paulatinamente utili5ados en las construccionesD edificaciones de alba*ilería y concreto armado................ En este tiempo el estado del conocimiento de los materiales era incipiente y la mayoría de las construcción estaba en manos del %remio de Ilba*iles y normadas por =la regla de la buena práctica>.
"olo las construcciones importantes estaban en manos de los ingenieros quienes en el dise*o solo consideraban las cargas de gravedad..........
'(.)4'(7) 4 El gobierno de Leguía da un gran impulso a las construcciones para moderni5ar el país, y comien5a la era de las construcciones en concreto armado normadas por códigos de dise*o americanos, franceses, ingleses y alemanes. "e empie5a a dise*ar algunas estructuras de mediana altura para soportar cargas de sismo. La práctica era dise*ar la estructura para una fuer5a lateral entre el BR y el FR del peso del edificio. La distribución de esta fuer5a en la altura del edificio era uniforme y se distribuía en proporción al peso que recibían los elementos estructurales La arquitectura de las edificaciones tenía una fuerte influencia europea, sobre todo francesa. En el a escrito por el 0ngeniero icardo 3alencia, quien, en la época era uno de los mas prestigiados ingenieros estructurales en el er&. En mi concepto, el artículo, refle$a fielmente el estado del arte del dise*o sismorresistente en el er&.................... '(7)4'(*)4 En este periodo el estado sigue en su afán de moderni5ación del país. /urante el gobierno de -dría se construyen las llamadas unidades escolares así como muchos hospitales. Las edificaciones de este tiempo tenían una estructura conformada por pórticos de concreto armado con cerramientos de alba*ilería adosada a la estructura. En esta época se nota un avance notable en la comprensión del comportamiento del concreto armado. El I40 ?8K18;F: introduce, en forma de apéndice, el dise*o a la rotura. "e difunde la idea de la necesidad de dise*ar las estructuras para resistir sismos. Los cálculos se reali5an utili5ando regla de cálculo o simples calculadoras. Los análisis, en general, son reali5ados con métodos apro!imados. Iparecen las edificaciones de alba*ilería confinada............. '(*)4'(6) = Esta década es muy importante para el desarrollo de la ingeniería sismorresistente en el er&, pues se empie5a a preparar las norma de dise*o sismorresistente para el país
El primer código de dise*o sismorresistente en el er& comien5a a prepararse en el a*o 8;:B en la niversidad acional de 0ngeniería.
or aquella época regresaban al país varios ingenieros que fueron a la niversidad de 4alifornia a reali5ar estudios de postgrado, entre ellos el ingeniero 6ulio uroiOa quien le dio un gran impulso a esta tarea. (El ingeniero uroiOa ublica en 8;:? =ecomendaciones para el /ise*o "ismorresistente de Edificaciones en el er&> y en 8;:S =royecto de ormas eruanas de /ise*o Intisísmico>)
esulta claro que una de las primeras tareas para l a preparación del código fue establecer una 5onificación sísmica para el paísT dicha 5onificación se reali5ó en base a los traba$os de peligro sísmico elaborados por los ingenieros -cola, 'uaco y 4astillo. En este punto no se debe soslayar el hecho que para la época no se contaba con ning&n registro acelerográfico. En 8;:? se reali5a la medición del período de vibración de los :@ edificios mas importantes de Lima, para así establecer formulas que permitan calcular los períodos de los edificios en función de su altura, longitud de la edificación en la dirección de análisis y la densidad de elementos rigidi5antes. En -ctubre de 8;:: se produce en Lima un sismo que permite calcular la aceleración del suelo. El registro se hi5o con un acelerógrafo ubicado en el arque de la E!posición. Este acelerograma fue procesado por miembros de la 0 en el 0nstituto #ecnológico de 4alifornia, obteniéndose el correspondiente espectro de respuesta de aceleraciones. La aelerai8n m>"ima del suelo se alul8 a tra#+s del ?!io e%eti#o de aelerai8n@ el ual %ue de )05*g0 4on esta base de datos se redacto el primer reglamento de dise*o sismorresistente en el er&, el cual fue aprobado para su =aplicación en la ciudad de Lima> por la 4omisión #écnica Metropolitana de la ciudad de Lima en 8;98. or esta época varias ciudades del er& comien5an un crecimiento sostenido, lo cual hacia imprescindible la dación de un reglamento nacional de dise*o sismorresistente.
'(6)4'(:) 4 Las lecciones aprendidas en los sismos de LimaD 8;9@ y 8;9S, así como el desarrollo de la ingeniería sismorresistente en el mundo permite la
preparación de una norma nacional de dise*o sismorresistente que fue aprobada en 8;99. ara esta época ya se contaba con la mayoría de los conocimientos que hoy rigen el dise*o sismorresistenteD
-
4onocimientos en estructurales.........
cuanto
a
comportamiento
sísmico
de
las
1 Me$or conocimiento del riesgo sísmico en Lima............ 1 'erramientas de análisis (uso de computadores) que permitían el uso de métodos racionales del análisis estructural, vedados anteriormente $ustamente por la falta de herramientas de dise*o................ La norma sismorresistente del 99, adopta una filosofía de =desempe*o sismorresistente> para las edificaciones, la cual fue planteada en la edición de 8;:9 del Libro I5ul de la "EI-4, y que en la actualidad sigue vigente y ri ge en la mayoría de códigos sismorresistentes del mundoD '04 !re#enir todo ti!o de da
4 es la e!presión que define el espectro de aceleraciones. La =forma del espectro de dise*o> (espectro de aceleraciones) se obtuvo de =promediar> los espectros de B@ registros de sismos normali5ados a la má!ima aceleración espectralT así la ordenada espectral para el periodo #@ corresponde a la má!ima aceleración del suelo, la cual fue establecida en @.B:g. /icha aceleración má!ima fue la obtenida en el sismo de Lima de 8;::. 4onsiderando que la má!ima amplificación espectral de los B@ sismos considerados fue de 8.;, para un amortiguamiento del 9RT entonces el valor del coeficiente sísmico má!imo, para condiciones de traba$o, esD 4 (@.B:gU8.;)A8.BF @.Sg Esta norma prescribe que los despla5amientos <imos sean calculados asíD /má! @.9FU/elas.
"e limita los despla5amientos laterales a un má!imo de 8R o de 8.FR la altura del entrepiso. Las norma de dise*o sismo resistente del 99 incluyen un apéndice para el dise*o en concreto armado de las estructuras sometidas a fuer5as sísmicas. '(:)4'(()04 En 8;KB se publican la norma peruana de alba*ilería E 1@9@, cuyos primeros ensayos comien5an el los 9@s en la ontificia niversidad 4atólica del er&. En esta década la alba*ilería confinada tiene gran aplicación en los programas de vivienda emprendidos por el gobierno de Celaunde. En 8;KF ocurre un hecho inusualD se producen dos terremotosD uno en mar5o en 3i*a del Mar14hile, y el otro en "eptiembre en 4iudad de Mé!ico1 Mé!ico.
Es a partir de estos sismos es que se comprende la calidad sismo resistente intrínseca que tienen las estructuras rígidas. '(()45))904 En esta época, ya era de conocimiento las enormes venta$as sismo resistente que tenían las estructuras rígidas sobres las =fle!ibles>. I comien5os de los ;@s se forma un comité para actuali5ar las normas de dise*o sismo resistente, él cual presenta en el ;B el documento base, no hay consenso para su aprobación y el proyecto de modificatoria queda dormido hasta noviembre de 8;;: cuando ocurre el sismo de a5ca de ese a*o. Este sismo =moderado> causa graves da*os en los colegios del 0nfes recientemente construidos e inaugurados. "e conforma el comité especiali5ado de actuali5ación de la norma y en oviembre de 8;;9 es publicada con el nombre de =orma eruana de dise*o sismo resistente E 1@?@>.
