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La planificación urbana en relacióncon la problemática sísmica

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Todos nos preguntamos hasta quépunto nuestra actuación está brin-dando respuestas adecuadas a lasdemandas de seguridad material yjurídica, así como de eficiencia y eco-nomía a los destinatarios de nuestrosesfuerzos, es decir, a nuestros comi-tentes y a la sociedad en su conjunto.

os recientes terremotos de Con-cepción, Chile el 27 de febrero

de 2010, y de Haití el 12 de enerodel mismo año, despertaron el inte-rés y la preocupación del público engeneral y de las distintas profesionesvinculadas a la actividad de la cons-trucción.

Los responsables de compañías ase-guradoras así como quiénes están acargo de concretar y comercializardesarrollos inmobiliarios participantambién de este interés y preocupa-ción.

Además, los poderes públicos en susdistintas jurisdicciones entienden lam-agnitud e implicancias de su res-ponsabilidad como garantes de últi-ma insta-ncia de la seguridad gene-ral.

Una rápida revisión de los antece-dentes permite comprender que losgrandes terremotos constituyen lasmayores catástrofes que han golpea-do a la humanidad induciendo

A continuación, el Ing. Barchiesi remarca la centralidadde los conceptos de peligro, vulnerabilidad y riesgo parala ingeniería sísmica, analiza aquellos puntos a tener en cuentaen la planificación de las grandes urbes en materia estructuraly presenta una serie de reflexiones que oficiancomo propuestas y cursos de acción.

ASPECTOS A CONSIDERAR Y PROPUESTAS DE ACCIÓN

L

ING. ARNALDO M. BARCHIESI

Master en Ingeniería Sísmica yDinámica Estructural. (UP Cataluña).Profesor Titular Mecánica de Suelos yRocas I y II - Jefe Área GeotecniaInstituto IMERIS - Facultad de IngenieríaUniversidad Nacional de Cuyo.Consultor en Ingeniería GeotécnicaSísmica.

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inclusive cambios históricos y cultu-rales. Basta recordar los trascenden-tales efectos que provocaron ennuestro país los terremotos altamen-te destructivos de Mendoza (20 demarzo de 1861), San Juan (15 deenero de 1944) y Caucete (23 denoviembre de 1977).

Figura 1. Propagación de las ondas sísmicas (Yépez et al, 1995).

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No sólo la cantidad, tipología y exten-sión de los daños ocurridos dan sus-tento a estos interrogantes, sino tam-bién y especialmente, la falta de defi-nición acerca de si estos daños son ono previsibles o justificables en cadacontexto de análisis o evaluación.

Por otra parte, aspectos muy distin-tos y aparentemente distantes de laproblemática sísmica, representan elcentro del interés de quiénes partici-pamos en distintos segmentos delproceso asociado a la industria de laconstrucción en un sentido amplio.Así, la sismología, la geología, laingeniería geotécnica sísmica, elurbanismo, la arquitectura, la inge-niería estructural sismorresistente, laciencia de los materiales, la cons-trucción, el derecho, la economía, laprotección civil y otras especialida-des o actividades, concurren a esteproceso aportando sus puntos devista sectoriales.

Los análisis originados en enfoquesaltamente especializados general-

mente contribuyen de manera insufi-ciente a poner en perspectiva estatemática y, por ende, a encauzar losesfuerzos hacia objetivos alcanzablesy comprensibles para los sujetos afec-tados o involucrados, sean éstos indi-viduales o colectivos.

Nos proponemos en estas líneas con-tribuir a generar una visión de con-junto sobre los modos en que la pro-blemática sísmica afecta a la activi-dad de la construcción, proponiendoa partir de allí cursos generales deacción a seguir.

Si bien existen terremotos de distin-tos orígenes (volcánicos, por colapsosde cavernas, debidos a explosiones ytectónicos), los más importantes sonlos terremotos tectónicos y a ellos nosreferimos en el presente artículo.

Es un hecho ampliamente conocidoque el origen de los terremotos seexplica a través de la tectónica deplacas y la teoría de la deriva conti-nental propuesta por A. Wegener,1912. De acuerdo a este modelo, lacorteza terrestre está fragmentada engrandes zonas o placas que experi-mentan desplazamientos asociados asectores de contacto entre las mis-mas, causando una acumulaciónprogresiva de deformaciones y ten-siones.

Las masas rocosas en que tienenlugar estas acumulaciones de tensio-nes y deformaciones rompen brusca-mente según superficies denomina-das “fallas” dando origen a los terre-

motos. El centro de la zona querompe corresponde al “punto” deorigen del terremoto denominado“foco” o “hipocentro”, mientras quesu proyección sobre la superficie seconoce como “epicentro”. El ordende magnitud de los eventos mayorescorresponde a superficies de rupturacon varios centenares de kilómetrosde desarrollo y desplazamientos delorden de metros. La continuidad delproceso da lugar a la reiteración delas rupturas y a cierta periodicidaden los eventos.

Los terremotos son entonces fenó-menos originados en una perturba-ción mecánica violenta y caótica quepropaga a través de la corteza comouna excitación cíclica, para llegar acada sitio de una manera distinta yafectar a cada estructura y a cadaparte de la misma de una forma par-ticular.

La Figura 1 (Yépez et al, 1995)corresponde a una representaciónesquemática de esta idea básica: la

La “microzonificación sísmica”

debería constituir

una herramienta central

de planeamiento urbano.

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and

aLe

wis

La respuesta estructural

sismorresistente de un edificio

está determinada por factores

inherentes a su concepción.

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misma refiere el mecanismo de pro-pagación de la energía sísmica desdesu origen hasta un punto cualquierade una estructura situada en un sitiode interés determinado.

Al ocurrir un terremoto, la mayorparte de la energía liberada por larotura se manifiesta en ondas mecá-nicas (sísmicas) que propagan a tra-vés de la corteza experimentandofenómenos físicos como reflexión,refracción, atenuación y amplifica-ción así como la superposición detodos ellos hasta arribar al basamen-to rocoso del sitio de interés, bajo laforma de una excitación que deno-minamos X1. Los parámetros quedescriben esta excitación dependenprincipalmente de las característicasoriginales del fenómeno (mecanismofocal, profundidad, magnitud, etc.)

así como del tipo de roca que mediaentre el foco y el basamento del sitio.Como una manera de expresaresta dependencia escribimosX1 = f(M,R1).

El estudio y caracterización de estasolicitación sísmica para cada casoparticular corresponde al campo deacción de la Sismología y la Geolo-gía de terremotos, especialidadesentre las que existen fuertes interac-ciones.

Cuando el frente de onda afectamedios (rocas o suelos) de rigidezdecreciente hacia la superficie (esdecir con velocidades de ondas decorte también decrecientes), predo-minan los fenómenos de refracciónque hacen que la dirección de pro-pagación sea prácticamente verticalen los casos típicos de suelos dis-puestos en capas más o menos hori-zontales.

La presencia de suelos actúa cam-biando fuertemente las característi-cas de la excitación X1 “de entrada”en el sitio. Estos cambios general-mente corresponden a una amplifi-cación, a un filtrado de ciertos com-ponentes de la solicitación o señal deentrada y a un cambio en la dura-

ción de su fase intensa. Las modifica-ciones se expresan a través de una“función de transferencia” A aplica-da a la excitación X1 resultandoentonces: X2 = X1 * A.

Las características de la función detransferencia A dependen de la dis-posi-ción (espesores y ubicación) ypropiedades de las rocas blandas ometeoriz-adas y de los suelos existen-tes en el tramo superficial del sitio(aproximadamente los 30 a 50 m.superficiales). Esta fuerte transforma-ción en las características de la señalda lugar a lo que habitualmente sellama “efectos de sitio” o “efectoslocales de sitio” (“local site effects”).

La respuesta superficial del terrenoestaría dada por X2 de no ser por la

No es suficiente considerar

las solicitaciones sísmicas

reglamentarias establecidas

por analogía con códigos

internacionales.

Figura 2. Acelerogramas y espectros de respuesta elásticos de seudoaceleraciones para el terremoto de México de 1985 en distintos puntos de la ciu-dad de México (V. Bertero, 1992).

El diseño estructural

sismorresistente tiene como

objetivos principales evitar

pérdidas humanas y colapsos.

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presencia de la estructura que intro-duce modificaciones en la solicita-ción y que son atribuibles a losdenominados efectos de “interac-ción suelo – estructura” (“soil -structure interaction”).

Representamos a esos efectos pormedio de una función de transferen-cia que denominamos I. La solicita-ción sísmica aplicada a la base de laestructura resulta: X3 = X2 * I.

Es evidente que la cuantificación delos efectos de sitio es absolutamentedecisiva para definir las solicitacio-nes sísmicas que cabe esperar encada sitio. La sistematización deesta cuantificación para un áreaurbana determinada da lugar a loque se denomina “microzonifica-

ción sísmica” y debería constituiruna herramienta central de planea-miento urbano.

Normalmente la realización de lasactividades de microzonificación estáa cargo equipos de ingenieros civilesespecializados en ingeniería geotéc-nica sísmica asistidos por geofísicos ygeólogos. Los usuarios de estos desa-rrollos son por un lado los ingenierosestructurales que utilizan esta herra-mienta para determinar con mayorprecisión las solicitaciones que afec-tan a las estructuras, y por el otro, losarquitectos y urbanistas responsablesdel planeamiento urbano y la protec-ción civil que cuentan con un instru-mento apropiado para identificarzonas de mayor o menor vulnerabili-dad o para estimar posibles patronesde daños sobre distintos grupos deconstrucciones.

El terremoto de Michoacán, México(19 de septiembre de 1985) ilustra dem-odo icónico la relevancia de losefectos de sitio. La Figura 2 (V. Ber-tero, 1992) muestra que las acelera-ciones registradas en distintos secto-res de la ciudad de México –a400km. del epicentro– presentandiferencias muy significativas, conmáximos que guardan relaciones

superiores a 4 ó 5 y espectros asocia-dos ampliamente diferentes y muysuperiores a los establecidos regla-mentariamente para el diseño sis-morresistente.

Este evento puso además dramática-mente en evidencia, el hecho de queci-udades muy alejadas de las fuen-tes sismogénicas también puedenverse afectadas por las mismas, enparticular en el caso de estructurasesbeltas debido al fenómeno deimpedancia roca – suelos.

Por otra parte, la Figura 3 (A.AnsalEd. – K. Pitilakis, 2004) muestra elnivel de detalle alcanzado en lamicrozonificación sísmica de Tesaló-nica mediante el programa europeode investigaciones interdisciplinariasEUROSEISTEST que puede consi-derarse como modelo. En nuestropaís también están llevándose acabo esfuerzos en este sentido(A.Barchiesi y T.Schnetzer 2009).

Una situación semejante está dadapor los “efectos de amplificacióntopográfica”, evidenciados por ejem-plo en la destrucción de Balakok,Paquistán en 2005 (I. Towhata 2008).

Por otra parte, la consideración delos efectos de la interacción suelo-–estructura es una materia queresuelven conjuntamente los inge-nieros civiles especialistas en inge-niería geotécnica sísmica y los espe-cialistas en estructuras sismorresis-tentes, prestando particular aten-ción a los estudios básicos de Mecá-nica de Suelos dirigidos a cada pro-blema particular, incluyendo suscimentaciones.

Para completar el análisis del esque-ma de la Figura 2, digamos quemediante una función de transferen-cia D será posible obtener las defor-maciones y solicitaciones en cadapunto relevante de la estructura,magnitudes que podemos represen-tar genéricamente como una señalX4 evaluada como X4 = X3 * D.

Se debe profundizar

la transmisión de aptitudes

y competencias necesarias

para el desempeño en áreas

sísmicamente activas.

Figura 3: Mapas de velocidad (a) y desplaz-amiento (b) horizontal pico medios (PHGV m/s y PHGDm) del terreno en Tessalonika. (A.Ansal Ed. K. Pitilakis, 2004).

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Hay entonces una función X4 distin-ta para describir la evolución tempo-ral de las deformaciones y las tensio-nes en cada sección de interés.

La evaluación de la respuesta estruc-tural aquí referida escuetamentecomo X4 configura una actividadcompleja a cargo de los ingenierosciviles especializados en diseñoestructural sismorresistente. Sinembargo, no siempre recordamosque la respuesta estructural sismo-rresistente de un edificio está deter-minada por factores inherentes a suconcepción y disposición general decarácter arquitectónico.

Un aspecto central a considerar entodos los casos es que el diseñoestructural sismorresistente tienecomo objetivos principales evitarpérdidas humanas y colapsos, aun-que asume la ocurrencia de daños enlas estructuras frente a los eventossísmicos asumidos en el diseño.

El análisis precedente debe situarseen el contexto de tres conceptos cla-ves para la ingeniería sísmica: peli-gro, vulnerabilidad y riesgo que pre-sentamos aquí de manera sucinta:

� Peligro sísmico de una zona es unadescripción de los efectos provocadospor terremotos en el suelo de lamisma zona. Esta descripción puedeestar dada por aceleraciones, veloci-dades, desplazamientos o intensida-des. Corresponde a la magnitud X2

mencionada. Con mayor precisiónrepresenta la probabilidad de ocu-rrencia en una zona y lapso determi-nados de un evento de una intensi-dad definida.

� La vulnerabilidad sísmica de ungrupo de estructuras se define comolos daños en las mismas atribuibles aun sismo de una intensidad determi-na-da. Estos daños pueden ser mate-riales o humanos evaluados en tér-minos “físicos”, es decir sin efectuaruna valoración económica. La esti-mación de estos daños está directa-mente ligada a las variables X4.

riesgos de los distintos sectores urb-anos o grupos de estructuras empla-zados en áreas potencialmente afec-tadas por terremotos.

� Incorporar a los procesos de plane-amiento y desarrollo urbano y a lossistemas de protección civil, los resul-tados de las evaluaciones de vulnera-bilidad y riesgo de manera de tomarlas previsiones necesarias tanto antesdel terremoto como durante y des-pués del mismo, en las tareas de res-cate, asistencia y reconstrucción.

� Incorporar a la reglamentación lanecesidad de tomar en consideraciónlos distintos peligros geológicos aso-ciados a terremotos tales como licua-ción de suelos, extensión lateral, des-lizamiento de laderas, tsunamis, efec-tos de sitio y amplificación topográfi-ca.

� Continuar y profundizar el desa-rrollo de los Reglamentos CIRSOCaplicables a Geotecnia y cimentacio-nes teniendo en cuenta la problemá-tica sísmica.

� Poner en marcha un programa derevisión de la seguridad sísmica delas obras de infraestructura de mayorcriticidad en términos del dañopotencialmente asociado a su even-tual salida de servicio o colapso. Enparticular, esta necesidad se aplica alas grandes presas de embalse y a lascentrales nucleares existentes.

� Revisar y someter a la considera-ción pública los niveles de dañoimplícitamente aceptados en losreglamentos de diseño estructuralsismorresistente, en particular paralas obras críticas desde el punto devista de la seguridad o del funciona-miento de la economía.

� Incorporar sistemas de certifica-ción de calidad a los procesos de con-cepción, diseño, ejecución, manteni-miento, operación y desactivación deobr-as en zonas sísmicamente acti-vas, comenzando por las de mayorcriticidad y envergadura.

�El riesgo sísmico se define como elgrado de pérdidas esperado para ungrupo de estructuras durante el perí-odo de exposición considerado. Laspérdidas se evalúan económicamen-te o de modo equivalente.

Las ideas presentadas sumariamenteen estas notas, procuran brindar unmarco referencial para bosquejar acontinuación, los trazos principalesde lo que proponemos como cursosde acción a seguir a fin de alcanzarlos niveles de seguridad sísmicanecesarios. Por ello sugerimos:

� Llevar a cabo estudios de peligrosísmico en relación con las distintasáreas urbanas e industriales del país,que tengan en cuenta las fuentes sis-mogénicas reales que pueden afec-tarlas. La presencia de fuentes cerca-nas merece una atención especial enrazón de los efectos particulares quetienen asociados.

�Realizar estudios de microzonifica-ción sísmica aplicados a las distintasáreas urbanas del país, tomando encuenta las condiciones geológico -geotécnicas efectivamente presentesen cada una de ellas.

� Los resultados de estos estudiosdeben constituir el origen y base dela reglamentación aplicable. No essuficiente considerar solicitacionessísmicas reglamentarias establecidaspor analogía con códigos internacio-nales y con la referencia de paráme-tros genéricos.

� Evaluar las vulnerabilidades y los

Es imprescindible incorporar

sistemas de certificación

de calidad a los procesos

constructivos.

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SECCIONES

� Incluir la necesidad de asegurarante daños provocados por terremo-tos a las estructuras más críticas asícomo a sus usuarios y beneficiarios,sobre la base de la cuantificación delos riesgos.

�Generalizar y profundizar la trans-misión de aptitudes y competenciasnecesarias para el desempeño enáreas sísmicamente activas, duranteel proceso de formación académicade profesionales de la construcción.

�Desarrollar a los grupos científicosexistentes en el país con capacidadpara formar recursos humanos yaplicar recursos materiales a losobjetivos formulados en los puntosprecedentes.

En suma, estimamos que los linea-mientos mencionados conforman unbosquejo de un programa de accióntendiente a brindar la seguridad sís-mica a la que aspiran y tienen dere-cho nuestros comitentes y la sociedaden su conjunto.

Referencias

A. Wegener, 1912 "Die Entstehung der Konti-nente" Petermanns Mitteilungen. p.185—195, p.253—256 y p.305—309.F. Yépez, A.H. Barbat, J.A. Canas, 1995 “Riesgo,peligrosidad y vulnerabilidad sísmica en edificiosde mampostería”. CIMNE, Barcelona.V. Bertero, 1989 “Lessons Learned From RecentCatastrophic Earthquakes and Associated Rese-arch”. Primera Conferencia Internacional Torro-ja, Madrid 1992.A. Ansal Ed., 2004 “Recent Advances in Earth-quake Geotechnical Engineering and Microzo-nation”; K. Pitilakis Chapter 5 “Site Effects”.Kluwer Academic Publishers.I. Towhata, 2008 “Geotechnical EarthquakeEngineering”. Springer.A. Barchiesi y T. Schnetzer, 2009 “Efectos deSitio en la Respuesta Sísmica del Terreno: Pro-blemática General y Aplicación al Área Urbanadel Gran Mendoza”. 8vo EIPAC, Mendoza, sep-tiembre de 2009.

Hay que poner en marcha

un programa de revisión

de la seguridad sísmica

de las obras

de infraestructura

de mayor criticidad.