¿Es posible conciliar la seguridad estructural requerida de las estructuras

sismorresistentes con el desarrollo sustentable de México?

Amador Terán Gilmore

V CONGRESO NACIONAL

ACADEMIA DE INGENIERÍA La Ingeniería Mexicana, Propuestas y Soluciones para el Desarrollo Nacional

Antecedentes

Dentro del Marco de la Planeación Estratégica de la Infraestructura en México, es importante considerar que para el año 2035, la población de nuestro país ascenderá a una cifra calculada entre 125 y 130 millones de personas. En las ciudades habitará entre el 80 y 85% de esta población.

En nuestro país alrededor del 95% del PIB se produce en las ciudades, y se espera que en los próximos 25 años las ciudades, sin importar su tamaño, sean las unidades productivas que darán sustento a México. Dado que la competitividad de nuestro país depende en gran medida del desempeño económico, institucional, social y físico de las ciudades, la inversión en infraestructura y servicios urbanos durante los próximos 25 años será enorme…

Diversas estimaciones coinciden en señalar que la mayor parte de la población urbana mexicana se concentrará en quince ciudades. Por un lado, se considera deseable que las ciudades mexicanas sean compactas de tal manera que aprovechen al máximo las capacidades instaladas de infraestructura y servicio. Por el otro lado, muchas de las ciudades del país han consolidado su territorio, de tal manera que no hay expectativas para un crecimiento horizontal.

El proceso de urbanización y crecimiento de las ciudades continuará en los próximos años alrededor de la construcción de edificios de mediana y gran altura, y en tono con los tiempos, esto deberá hacerse de manera eficiente y dentro de un ámbito de respeto al medio ambiente.

Si bien las innovaciones requeridas en términos de sustentabilidad representan un reto considerable, dicho desafío se incrementa sustancialmente en un ámbito donde la re-evaluación de la sismicidad de la República Mexicana va hacia la alta. Dentro de este contexto, la necesidad de lograr los altos niveles de eficiencia requeridos queda contrapuesta con la importancia de la seguridad estructural. Será entonces necesario innovar y estudiar cuidadosamente las opciones que tiene el ingeniero estructural para satisfacer las necesidades de la creciente sociedad mexicana.

La viabilidad de nuestro país sólo será posible si el ingeniero civil, y en lo particular, el estructural, enfocan el diseño y construcción de edificios bajo la consideración del principio de las tres R: Reducción, Re-uso y Reciclado.

¿Y qué puede hacer la ingeniería estructural

mexicana?

Hacer más con menos:

REDUCIR

En términos estructurales, hacer que una estructura soporte su peso es mucho mas fácil que diseñarla para que resista simultáneamente cargas gravitacionales y laterales debidas a sismo. Bajo este contexto, es necesario invertir más cuidado y recursos naturales en la construcción de edificaciones sismorresistentes. El paradigma actual de diseño no promueve el uso eficiente de los recursos naturales del planeta. Deben hacerse cambios profundos para hacer posible el desarrollo sustentable de México.

Filosofía actual de diseño sismorresistente

En términos de nuestros sistemas estructurales tradicionales: ¡Demasiados recursos invertidos!

En términos de las metodologías tradicionales de diseño: ¡Pérdida

generalizada!

La innovación en ingeniería sísmica puede entenderse a partir del planteamiento de sistemas estructurales, tradicionales o innovadores, que puedan controlar adecuada y eficientemente el nivel de daño en las estructuras a través de controlar su respuesta dinámica durante excitaciones sísmicas de diferente intensidad.

Los enfoques innovadores en ingeniería sísmica se centran en la adición de dispositivos mecánicos o estructurales especiales al sistema estructural convencional (o primario). Debido a su vocación de controlar el nivel de daño en la estructura, no estructura y contenidos, estos dispositivos se conocen como sistemas o dispositivos protectores.

Un contraviento restringido contra pandeo es un elemento estructural capaz de trabajar a compresión sin exhibir pandeo.

Vista en Planta

Núcleo

(fluye)

Vista lateral

Tubo de acero

A

A

Corte A-A

Tubo de

acero

Material

desadherenteNúcleo de

acero

Material

confinante

Vista en Planta

Núcleo

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Vista lateral

Tubo de acero

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Corte A-A

Tubo de

acero

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acero

Material

confinante

Contraviento restringido Contraviento Normal

Las pruebas experimentales llevadas a cabo en contravientos restringidos contra pandeo indican un comportamiento altamente estable ante la presencia de deformaciones plásticas severas.

Esqueleto Estructural Tradicional:

Vigas 3,900 toneladas Columnas 8,100 toneladas

Contravientos 500 toneladas

Total 12,500 toneladas

Esqueleto Estructural Innovador: Vigas 1,200 toneladas Columnas 3,000 toneladas Contravientos 600 toneladas Total 4,800 toneladas

2

2

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confianza

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Niveles de Confianza

Edificio Servicio Seguridad de

Vida Prevención de

Colapso

Innovador Tradicional

42 % 7 %

92 % 53 %

99 % 94 %

Hacer más …

WInnova 0.4 WTrad

Reflexiones

Las Normas Técnicas Complementarias para Diseño por Sismo del RCDF definen el siguiente alcance: Bajo el sismo máximo probable las estructuras diseñadas conforme a estas normas no exhibirán fallas estructurales mayores ni resultarán en pérdida de vidas humanas.

El Código Chileno de Diseño Sismorresistente se fundamentaba en la misma filosofía. ¿Cuál es el resultado final de aplicar esta filosofía? ¿Como les fue a los 16 millones de chilenos durante el sismo de Maule de 2010? • 500 muertes • Pocos colapsos

• Dos millones de afectados • 30+ billones de dólares en pérdidas • Muchos edificios por demolerse • 4+ años para reconstrucción

¡La ingeniería civil chilena logró alcanzar el objetivo de diseño en el que se fundamenta su código!

¡¡¡Y sin embargo!!!

Perspectivas Para el Siglo XXI

1. Cambio en el Paradigma de Diseño

Sismorresistente

El diseño sismorresistente debe dar lugar a sistemas estructurales con la capacidad de minimizar de manera óptima el costo económico y ambiental de los sismos, y no a sistemas cuyos objetivos principales sean aportar seguridad de vida y prevenir el colapso. Esto solo será posible si la comunidad nacional de ingeniería estructural abandona los formatos de diseño basado en resistencia, y empieza a concebir y diseñar sistemas innovadores con formatos basados en el control de la respuesta sísmica.

2. Desarrollo de Sistemas Innovadores

de Bajo Costo

d) StrExtAr

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

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1

e (mm/mm)

(

Kg

/cm

²)Primera Etapa Experimental

Segunda Etapa Experimental

3. Potenciación del Concepto de Arquitectura

Sísmica

Ni importa que tanto se logre en términos estructurales, la sustentabilidad en zonas de alta sismicidad solo será posible a través de la integración del trabajo de ingenieros y arquitectos.

Un concepto capaz de promover un entendimiento mutuo de las necesidades de ambas profesiones es el de Arquitectura Sísmica.

Entre otras cosas, esto implica mejorar la apariencia de los elementos estructurales a través del uso de nuevos materiales, colores, texturas y geometrías.

La arquitectura sísmica establece la necesidad de una expresión arquitectónica que sea particular a las regiones de alta sismicidad. Dentro de este contexto, esta-blece posibilidades estéticas a través de exponer la tecnología sismorresistente.

4. Re-evaluación del Costo de un Sistema

Estructural

t

e

t eecaFcLecaFcLcD ,,

Costo de la instalación

Tiempo

L(c)

dada

adcaFeecLtcDE

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n

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1 0

0 1,11 00

Actualmente evaluamos el costo esperado de una construcción con base en su costo inicial, y bajo la consideración de que este costo se reduce con el tiempo. Es necesario entender que hay otros costos asociados a la construcción de una estructura, y que en términos ambientales, estos costos se incrementan con el tiempo.

Las decisiones de diseño pueden variar sustancialmente en función del costo ambiental. Una decisión racional que se tome hoy en día puede tener un alto costo futuro. Es necesario tomar en cuenta el costo de reemplazo del sistema estructural.

8m

8m

8m

8 m 8m 8m

a) Plan view

4.5m

4.5m

4.5m

4.5m

4.5m

22.5m

b) Elevation view

5. Preparación, Responsabilidad y

Calidad…

Conclusiones

Es necesario re-interpretar las lecciones que nos trajo el pasado con miras a edificar nuestro futuro. Los tiempos demandan cambios. Es importante desarrollar propuestas originales para resolver las grandes necesidades de nuestro país. Requerimos desarrollar nuestro potencial tecnológico a través de desarrollar metodologías y sistemas estructurales innovadores.

Costo Valor

Hoy en día resulta muy atractivo invertir en el desarrollo de la

industria mexicana de la construcción…