Estructuras SismoResistentes. Algunas consideraciones. Capitulo 0.

stock-footage-seismograph-computer-earthquake-dataEl terremoto de Lorca de Mayo de 2011, con 9 victimas mortales y daños de mayor o menor magnitud en el 80% de las edificaciones de la localidad, suscitó una importante polémica, causó una gran impresión al ciudadano medio, y a este autor… El principal temblor alcanzó una intensidad VII en la escala Mercalli.

No es el único, por supuesto. Todo el mundo recuerda el Tsunami del sureste de Asia de 2004, el de Japón en 2011 (ambos consecuencia de seísmo), o los terremotos de Turquía de 2010 y 2011, el de Haití de 2010,etc… por mencionar sólo los mas próximos en el tiempo.

Solo en España, según el Instituto Geográfico Nacional, se han registrado 37 terremotos en los últimos 10 días, aunque todos, apenas perceptibles y sin daños.

Probablemente lo que me impresionó de Lorca fuera la proximidad geográfica, los daños causados en relación a la peligrosidad prevista (excesivos, según mi opinión), y el hecho de que mi trabajo durante 6 años en funciones de cálculo de estructuras, en gran parte se orienta a evitar que algo así ocurra en cualquier edificación en la que haya intervenido.

Supongo que la primera reacción es la de hacerse preguntas:

  • ¿Cómo es posible que tales daños ocurran en nuestro estado actual de desarrollo tecnológico?.
  • ¿Qué normas se aplican en el diseño de estructuras para prevenir esos daños?. ¿Se están cumpliendo?,¿Son efectivas?…

Antes de entrar en explicaciones técnicas sobre qué es el diseño Sismoresistente, qué ocurre en un terremoto y cual es el estado del arte en tecnología anti-sismos para edificación, he creído conveniente responder a esas preguntas.

He de decir que como ingeniero, el diseño sismoresistente es uno de los aspectos de mayor dificultad técnica a los que me he enfrentado. No se trata de que resulte difícil aplicar las normas. De hecho, es muy fácil. Lo difícil es entender realmente sus mecanismos de modelización y calculo, y optimizar un diseño para que sea realmente efectivo. Además, y como describiré mas adelante, no es sólo un problema técnico. Existen…”injerencias”, por llamarlo de algún modo, (casi siempre con el símbolo del euro), que hacen mas difícil aun el trabajo.

¿POR QUÉ  OCURREN LOS DAÑOS?.

En realidad se trata solo de un problema estadístico, o de probabilidades de ocurrencia del seísmo, caracterización del mismo y de los daños que ocasionará. El “Eurocodigo 8”, es decir, la norma que se aventura como futura sucesora de la actual norma sísmoresistente española NCSE-2002, establece claramente su propósito de “proteger la vida humana” y “limitar los daños”. El modelo de sismo de referencia o de calculo para un diseño y dimensionado estructural (según Eurocodigo 8), es aquel cuya probabilidad de que ocurra es del 10% en un periodo de tiempo de 50 años. Es decir, se puede considerar que se trata del sismo de mayor intensidad observado en los últimos 475 años (periodo de retorno). Recuerdo que la vida útil media de una estructura, se estima precisamente en unos 50 años.

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Prácticamente todas las normas de diseño sismoresistentes tienen por objeto evitar el “colapso total o parcial de la estructura”, con una probabilidad razonable, frente a un sismo dado. Se reconoce implícitamente la posibilidad de que concurran daños “ menores” o de elementos estructurales secundarios.

Ninguna norma garantiza, por tanto, que el edificio resulte “intacto”, por lo que se refiere a su estructura. No podría hacerlo, en cualquier caso, pues ello exigiría modelizar sismos con periodo de retorno T=infinito, y, obviamente, no existen registros desde hace tanto tiempo….

Algo que frecuentemente se pasa por alto es el hecho de que aunque una estructura se diseñe y calcule con capacidades sismoresistentes, los cerramientos, tabiquerías, revestimientos, falsos techos, cornisas, petos de azotea, etc…. No lo son.

La mejor estructura antisismos no evitará que se desprenda una cornisa, alero, o cualquier otro elemento constructivo del edificio, no estructural, y acabe cayendo sobre alguien o destrozando coches. Incluso un falso techo o un tabique podría derrumbarse en el interior del edificio. Con todo, un buen diseño estructural ayudará a que eso no ocurra.Es por eso que si el seísmo le sorprende en la calle lo mejor que puede hacer es buscar espacios abiertos (parques, etc…), y alejarse lo mas posible de los edificios de alrededor. Si está en el interior de un edificio, busque refugio debajo de las mesas o sillas, por si acaso.

Los elementos constructivos no estructurales (envolventes, revestimientos, etc…) no están sometidos a  norma sismoresistente alguna. Solo existen códigos de buenas practicas y normas orientativas acerca de cómo han de ejecutarse , su composición y características, etc…. Las normas de obligado cumplimiento relativas a los mismos, no están  directamente relacionadas con características sismoresistentes. Es así porque se considera que esta clase de daños son “menores”, especialmente si se los compara con lo que supondría el colapso de la estructura. También, claro está, porque resultarían más caros y de diseño y ejecución más laboriosa.

NORMATIVA DE APLICACION

Desde 1994 (Norma sismoresistente NCSE-94), se puede decir que disponemos de una buena normativa antisismo. Si su edificio tiene entre 18 y 8 años de antigüedad, estará afectado por la misma y puede considerarse  mas o menos, bien  protegido.Desde 2002 (Norma sismoresistente NCSE-2002). La norma es aun mejor. Un edificio de menos de 8 años estará (o debería estar), construido según sus disposiciones, y es entonces bastante seguro, incluso frente a temblores de gran magnitud.

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Con anterioridad, y desde 1962 (MV-101), se aplicaban normas, periódicamente revisadas, que contemplaban la consideración del efecto sísmico en aquellas estructuras emplazadas en zonas de riesgo especial. Las exigencias que imponían eran mínimas y poco efectivas.En realidad, solo desde la extinta NCSE-94, (hace un par de décadas), se puede hablar de diseños “sismoresistentes” adecuadamente protegidos.

No puedo decir que su edificio se encuentre en una situación de extremo peligro en caso de terremoto, si tiene más de 20 años. De hecho, algunas tipologías estructurales como el hormigón armado, (de uso generalizado desde los 60), dispone “per-se” de una cierta y significativa capacidad de resistencia frente a seísmos, incluso aunque no haya sido calculado con normas modernas. Todo dependerá de la magnitud del mismo.

¿SE ESTÁ APLICANDO LA NORMA?

Eso es difícil de responder, y lo he meditado mucho. Lo mejor que se me ocurre es que, según mi experiencia “Si, casi siempre”. En cuanto al grado de cumplimiento diría que es…”suficiente”.Estoy siendo un tanto ambiguo, así que trataré de explicarme.

“Casi siempre” significa que sospecho que no siempre se aplica. Algunos técnicos de OCTs, en alguna de las interminables reuniones a las que tuve que asistir, me confesaban que determinados proyectistas se “negaban” a aplicar la norma, y lo reconocían cuando se les presionaba un poco. No es que no hicieran nada, sino que aplicaban la norma “solo a medias”, por ejemplo, en el dimensionado de pilares, evitando hacerlo en vigas y forjados, utilizaban la extinta NCSE-94, porque era menos restrictiva y mas “económica”, o simplemente porque ellos “pensaban” que la NCSE-2002 en realidad solo perseguía incrementar el consumo de aceros para lucrar a los grandes fabricantes, etc…

No tiene gracia, ya lo sé. Si alguna vez atraco un banco y me detienen, diré al juez que lo he hecho porque “pienso” que el reparto de riqueza en el mundo es desigual e injusto, y que solo quería compensar las cosas por lo que a mi se refiere, etc…

Al respecto, he localizado un interesante articulo en la revista “Consultores de Estructuras”, firmado por Laureá Miró Bretos, en el que trata algunos aspectos del “Dilema Ético” del cumplimiento de la Norma. Yo no podría expresarlo mejor así que dejaré el enlace. http://laureamiro.com/altres/descarregues/publicacions/

Para mi sorpresa, existen también académicos de gran prestigio en el sector, que critican algunos aspectos de la actual norma, y realizan comparativas con la anterior (NCSE-94), en términos económicos. Eludiré mencionar quién y en qué términos desarrolla sus críticas.

Espero que el Lector no saque conclusiones apresuradas y erróneas. La mayor parte de los técnicos, entre los que me cuento, y entre los que incluyo a aquellos con quienes he trabajado, pensamos que las normas son eso, normas, y están para ser cumpliras.

En cuanto a “como” se aplica, ya ha quedado claro que no siempre correctamente o en su totalidad.

Hoy en día, casi cualquier software de calculo de estructuras comercial incorpora sobradamente las prestaciones de calculo a sismo (CYPE, TRICALC, etc…). La consecuencia directa será, casi siempre, un incremento desmesurado del consumo de acero (cuantías) en los sistemas estructurales de hormigón armado, (hasta 50 y 60 kg/m2) ,cuando los valores medios, en regiones no sísmicas, se sitúan en una media de 25 kg/m2.

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Además, habrá que realizar una serie de comprobaciones como el desplome (desplazamientos horizontales máximos), vigilar que las variaciones de peso no superen el 15% entre forjados de diferentes plantas, etc… Eso es “suficiente” para garantizar el cumplimiento, en el reducido margen de actuación en el que los arquitectos e ingenieros nos movemos.

No es la solución ideal. La NCSE incluye una serie de “recomendaciones”, que en la práctica casi nadie observa , (principalmente por que las características de la obra o el edificio se lo impedirán). Se refieren a aspectos del diseño arquitectónico; formas y geometría del edificio, que mejorarían considerablemente el comportamiento de la estructura en caso de seísmo. Ni siquiera las OCTs  (empresas dedicadas a la supervisión y vigilancia de obras para aseguradoras) las exigen.

Se trata de parte de los trabajos de “optimización” del diseño, que incluiría además la simulación de diferentes soluciones estructurales (tipologías de forjados, utilización de pilares y pantallas de diferentes formas y dimensiones, etc…), sobre las que hablaré en futuros post.

Suficiente” no significa “optimo”…

¿ES LA NORMA EFECTIVA?.

la NCSE-2002 establecía una aceleración de calculo base para la localidad de Lorca de ab=0,12g. Mediante la aplicación de coeficientes de suelo, etc…, lo usual es simular una estructura en esa locacidad para aceleraciones de calculo ac=0,16g.

Las aceleraciones que se registraron en el terremoto alcanzaron ac=0,37g, es decir, mas del doble de lo previsto.

En consecuencia, incluso las edificaciones mas modernas están proyectadas para resistir terremotos de intensidad significativamente inferior a la que se presentó. A pesar de ello, solo un edificio colapsó, y sorprendentemente, se trataba de un edificio relativamente moderno.

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Algunos aspectos de la norma, como las “recomendaciones” a las que me he referido, o no se aplican, o no son debidamente tratados (por ejemplo, el tratamiento del riesgo de licuefacción de suelos es muy superficial). Otros, como el riesgo de “resonancia”, ni siquiera se mencionan, la verificacion de distancias entre juntas o edificios colindantes no se respeta nunca en obra, etc…

Pese a todo, en realidad la NCSE-2002 y las normas sismoresistentes de todo el mundo son muy similares entre si. Se fundamentan en el calculo dinámico según espectros de respuesta elásticos y, a lo sumo, cabe esperar solo diferencias en el grado de exigencia en sus disposiciones.

El autor no cree equivocada la norma, sólo que se infravalora la importancia del “diseño sismoresistente” en la arquitectura de zonas sismicas, confiando en que la estricta observacion de la normativa y el consumo elevado de acero en pilares y forjados es suficiente.  Incluso un edificio no sometido a norma sismica alguna, con un diseño regular y simetrico y no demasiadas alturas puede estar tanto (o mas) protegido que las nuevas construcciones que obvian estas reglas basicas.

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