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Desarrollo histórico de la ingeniería sísmica en Colombia

La curiosidad por los sismos y sus registros históricos es una actividad antigua; tanto así que existen registros escritos en China de más de 3000 años de antigüedad además de registros en Japón y Europa que datan de hace 1600 años aproximadamente. En América también, algunos códices Mayas y Aztecas se refieren a los sismos y, de manera un poco más formal, durante la época colonial se produjeron algunos escritos que con cierto grado de detalle narraban los efectos de algunos sismos en poblaciones de la América conquistada por España.

Como es común en muchas de las diferentes culturas de la antigüedad, los sismos fueron atribuidos a deidades u otro tipo de referencias míticas; en el territorio de lo que es hoy en día Colombia también sucedió así. En la época precolombina, la cultura más importante en lo que actualmente es Colombia fue la de los muiscas o chibchas. Ellos pensaban que los temblores ocurrían debido a un dios. Dice la mitología chibcha que Huitaca, diosa que representaba la lujuria, para vengarse del dios Bochica, se encargó de difundir malas enseñanzas entre los Chibchas, quienes entonces iniciaron una vida de pecado. Por esta razón, ellos fueron luego castigados por el dios Chibchacum quien se valió de un diluvio que arrasó con gran parte de la población. Los Chibchas imploraron tanto a Bochica, que él los redimió de su culpa. Bochica castigó entonces a Chibchacum haciéndolo cargar la tierra por la eternidad. Por lo tanto dice la mitología que los temblores ocurren cuando Chibchacum se cansa de cargar la tierra en un hombro y la pasa al otro (Cuayin & Gadel, 2005); similar a lo que sucedió con Atlas según la mitología griega (fig. 1).

Durante la época de la colonia en Colombia y posteriormente hasta el siglo XIX hubo aportes importantes al estudio de los sismos y en particular a la sismología histórica de Colombia. Estos aportes se enfocaron en el estudio del fenómeno sísmico, en recopilación de información y descripción de terremotos ocurridos los cuales reflejaban la intensidad y los daños observados. De esta época no existen documentos técnicos con recomendaciones explícitas para la construcción de edificaciones resistentes a sismos. Sin embargo, En la época colonial, en algunas regiones entendieron que ciertos tipos de construcción y ciertos materiales no se comportaban adecuadamente ante terremotos, especialmente tras el sismo de 1785 en Santa Fe. El intento más interesante para construir edificaciones que se comportaran bien ante terremotos está en el “estilo temblorero”, estilo de construcción que se originó a partir de los sismos de 1878 en Manizales y que se extendió en todo el Viejo Caldas; en este estilo, el material primordial es el bahareque: pared de palos entretejidos con guadua – bambú – y barro (fig. 2-3).

Probablemente fue Alexander Von Humboldt (1769-1859) el primero en establecer una relación entre las fallas geológicas y los terremotos tanto en Colombia como en el mundo (fig. 4). Sin embargo, esta teoría no fue universalmente aceptada en ese entonces; (Nava, 1998). Von Humboldt viajó por la Nueva Granada y pudo sentir algunos temblores fuertes. Él estableció una relación entre los terremotos y los volcanes y propuso una relación directa entre los vapores acumulados en el interior de la tierra y los temblores.

Una ventaja de Von Humboldt con respecto a otros científicos alemanes es que las experiencias directas que experimentó al sobrevivir a algunos terremotos en América Latina le daban una percepción directa del fenómeno. Por esta razón sus observaciones fueron distintas a las de su maestro Werner.

El primer evento sísmico del cual se tiene registro en Colombia es de 1541; no obstante, los primeros documentos que pueden clasificarse en Colombia como precursores de los estudios de sismicidad histórica datan del siglo XVIII y a ellos se añaden varios aportes en el siglo XIX. Entre estos documentos se destacan: el diario de don Luís Vargas Jurado (1703-1764), el catálogo de don Santiago Pérez Valencia (1785-1843), la crónica de don José María Caballero (1813-1819), la cronología sísmica de don Francisco Javier Vergara y Velazco (1898), el trabajo de don Arcesio Aragón publicado en 1926 y el trabajo de don Ramón Correa publicado en 1962 entre otras obras (A. Espinosa, 2001).

La Sismología en Colombia tuvo sus inicios formales cuando el padre Jesús Emilio Ramírez retornó al país en el año 1940 después de realizar sus estudios doctorales en la Universidad de Saint Louis en Estados Unidos. En su tesis doctoral estudió la naturaleza y origen de los microsismos mediante el uso de estaciones tripartitas. Poco después, el padre Ramírez decidió fundar el Instituto Geofísico de los Andes Colombianos, adscrito a la Universidad Javeriana y participó como colaborador en la organización del Año Geofísico Internacional en 1958.

En 1972, se llevó a cabo una reforma curricular para el posgrado en Ingeniería Civil de la Universidad de los Andes, en la cual se incluyeron los cursos de Dinámica de Estructuras, Dinámica de Suelos, Ingeniería Sísmica y Sismología Teórica; este posgrado iniciaría formalmente en 1974 (A. Sarria, 2005). Con esta reforma, se dictan por primera vez en una universidad colombiana cursos que abordan de manera explícita los terremotos y se aplica su conocimiento al análisis del comportamiento sísmico de la estructuras.

En 1973, en un evento organizado por la Universidad de los Andes, se invitó a los profesores Robert Withman del M.I.T., el profesor Nathan Newmark de la Universidad de Illinois, el Profesor Paul Jennings del CalTech y el profesor Joseph Penzien de la Universidad de California en Berkeley quienes entonces representaban verdaderas eminencias en el campo de la ingeniería sísmica y áreas afines. Este evento también se puede decir que sin duda contribuyo a fortalecer aún más la motivación por el desarrollo de la ingeniería sísmica en el país. Por lo tanto se puede decir que la ingeniería sísmica colombiana tuvo sus orígenes formales a comienzos de la década de los setenta. A pesar de esto, no se contaba con una reglamentación para el diseño y construcción sismo resistente de edificios en ese entonces.

En el año 1974, después de varios años de intentos, el ingeniero Alberto Sarria Molina junto a otros eminentes ingenieros del país lograron fundar en la Universidad de los Andes la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS), que poco tiempo después dejó de pertenecer a la Universidad para ser un ente externo e independiente en 1975. Esta organización ha sido fundamental para el desarrollo de la ingeniería sísmica en Colombia y para la implementación de prácticas adecuadas en el diseño y construcción de edificaciones seguras ante los sismos.

Algunos de los aportes significativos de la AIS como institución pionera en el desarrollo de la ingeniería sísmica del país en sus inicios han sido la divulgación de temas relacionados con el diseño sismo resistente, el propiciar intercambio de experiencias mediante la integración con expertos mundiales en el área de ingeniería sísmica y sismología y la generación de normas técnicas de diseño y construcción de estructuras resistentes a sismos. Entre los aportes se puede mencionar la traducción en español y distribución, en Colombia, de normativas sismo resistentes de países como los Estados Unidos; particularmente el código de la SEAOC en 1976 y el código ATC-3-06 en 1979. Estos códigos fueron documentos base para la iniciación del diseño sismo resistente en Colombia (NSR-10, 2010).

A comienzos de los ochenta, la AIS publica la primera norma sísmica del país: Requisitos Sísmicos para Edificios, AIS-100-81. Esta publicación es una adaptación del código ATC-3-06 a la realidad nacional. Sin embargo, este documento no tenía carácter obligatorio para su aplicación. Poco después del terremoto de Popayán en 1983, surgió el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, Decreto 1400 de 1984 a partir de algunas modificaciones de la norma AIS-100-83. De esta manera, por primera vez en Colombia se crea un código de diseño sísmico de estructuras de obligatorio cumplimiento por ser un decreto nacional.

Como consecuencia directa del sismo de Popayán también, un grupo de asesores del gobierno, conformado por miembros de distintas universidades propuso la conformación de la Red Sismológica Nacional con el apoyo de Ingeominas (actualmente Servicio Geológico Colombiano); esto contribuiría también de manera sustancial al desarrollo tanto de la sismología nacional como al desarrollo de la ingeniería sísmica en Colombia. Sin embargo, la Red Sismológica Nacional solo se puso en marcha en 1993 (NSR-10, 2010).

Entre los años 1984 y 1987 se realizó la microzonificación de Popayán, la cual fue la primera microzonificación del país. En este proyecto estuvieron involucrados Alberto Sarria, Augusto Espinosa, Aquiles Arrieta, Juan Carlos Puentes y Luis Yamin entre otros.

El Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes (CCCSR-84), decreto 1400 de 1984, fue más tarde actualizado utilizando las facultades otorgadas por la ley 400 de 1997 mediante el decreto 33 de 1998 como Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-98). Este nuevo decreto, más exigente que el anterior, presentó cambios sustanciales en cuanto al detallado de las estructuras de concreto reforzado e incorporó una zonificación sísmica mejor fundamentada.

A partir del año 2008, la AIS fue encargada para llevar a cabo la actualización del reglamento NSR-98 y mediante la implementación en la nueva reglamentación de la norma AIS 100-09 como el componente técnico de la versión más reciente del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, NSR-10.

Esta nueva versión del reglamento colombiano (NSR-10) incluyó aspectos importantes que no estaban definidos en la versión anterior; algunos de estos cambios importantes especifican los parámetros y requisitos para el uso de aisladores y amortiguadores sísmicos, se especifica el espectro de diseño que podría usarse para la adecuación de estructuras declaradas como patrimonio histórico y se incluye en un apéndice la posibilidad de realizar análisis pushover (procedimiento no-lineal estático de plastificación progresiva) con base a los requisitos del NEHRP 2006.

De acuerdo al más reciente estudio de amenaza sísmica, incorporado en la NSR-10, quedó definido que aproximadamente el 39.7% de la población nacional se encuentra localizado en zonas que presentan amenaza sísmica alta, 47.3% en zonas de amenaza intermedia y solo el 13% se encuentra localizado en zona de amenaza sísmica baja. Presentado de otra forma, esto quiere decir que de los 1126 municipios que tiene el país 553 están clasificados como de alta amenaza sísmica, 431 de amenaza sísmica intermedia y solo 139 de amenaza sísmica baja. Las cifras mostradas dan cuenta de la importancia que tiene la ingeniería sísmica en Colombia por el alto riesgo que puede presentar un evento sísmico dada la gran proporción del país que puede experimentar sismos fuertes y la concentración de población en estas zonas.

Desarrollo histórico de la ingeniería sísmica en Italia

Esta primera parte de la discusión describe el desarrollo histórico de la Ingeniería Sísmica italiana y las relativamente nuevas normas de diseño generadas mediante la aprobación de las últimas disposiciones de ley del 2008.

Las primeras leyes que abordaron el problema sísmico fueron proclamadas antes de la unificación nacional, durante la dominación de los Borbones, siglo XVIII. Estas leyes reglamentaron la reparación de los daños provocados por dos fuertes temblores: Val di Noto (Sicilia, 1693) y Calabria Ulteriore (1783) (INGV). Las noticias históricas describen daños muy graves. El terremoto del 1783 ocurrió durante el período de la Ilustración que inició a finales del siglo XVII, cuando toda Europa vivió en una intensa atmósfera de renovación cultural (De Sanctis, 1986). Durante esta época se empezó a entender que los problemas del conocimiento debían ser afrontados con la lógica y la razón, abandonando interpretaciones teológicas y fantasiosas; “sapere aude” fue la inscripción que el filósofo alemán Immanuel Kant escribió para conceptualizar la finalidad de este movimiento cultural. El desarrollo de la prensa, con la invención de Gutemberg en Alemania y sobre todo con las oficinas en las ciudades italianas de Venecia y Florencia, contribuyó a la difusión de los conocimientos. Comenzaron así a difundirse las primeras ideas concretas relacionadas al estudio de sistemas constructivos capaces de resistir temblores.

Con el terremoto de Lisboa (1755), fueron propuestas nuevas técnicas para las edificaciones en zonas sísmicas. Circularon así varias publicaciones sobre la seguridad de las construcciones y sobre los sistemas estructurales sismo-resistentes (Barucci, 1990; Parducci, 2009a). También se difundieron las primeras ideas para afrontar con nuevos enfoques el problema del comportamiento sísmico de las edificaciones y sus sistemas resistentes. Después de los terremotos de Lisboa y de Calabria Ulteriore la propuesta más interesante fue la de utilizar estructuras de madera y mampostería compuesta con ladrillos de tierra (Vivenzio, 1783); la técnica llamó mucho la atención, sobre todo el comportamiento conjunto de la construcción. Estos sistemas también tendieron a favorecer un efecto de interacción madera-mampostería (Parducci, 2012). Los esquemas estructurales de la casa a gajola portuguesa y de la casa baraccata italiana (fig. 5) constituyeron un primer ejemplo de construcción sismo-resistente, cuando aún no se realizaban cálculos numéricos para la verificación del comportamiento estructural (Masciari Genovese, 1915).

La casa baraccata, propuesta por el arquitecto Vincenzo Ferraresi, fue concebida como un complejo unitario con armaduras de madera distribuidas por toda la altura del edificio y comprendían elementos diagonales capaces de proporcionar una resistencia horizontal adecuada, además de generar un efecto de arriostramiento de la totalidad de la construcción (Niglio, 2011).

De esta manera fue posible construir edificios dotados de un comportamiento sísmico eficiente con materiales económicos y de fácil consecución en las regiones. Las formas básicas correspondían las utilizadas en las estructuras de madera ya comúnmente construidas en la zona norte de Europa desde la Edad Media como el fachwerkbau alemán y el balloon frame anglosajón.

Estas primeras experiencias constructivas fueron olvidadas pronto, como lo demuestran dos fuertes temblores que entre 1905 y 1908 sacudieron de nuevo Calabria Ulteriore (ciudad de Reggio Calabria) y Sicilia Oriental (ciudad de Messina) (Parducci, 2009a; Tobriner, 1997).

Poco después de estos últimos temblores, el estado italiano proclamó dos decretos en 1907 y 1909, dotados con interesantes instrucciones técnicas. Es interesante notar que en aquellos mismos años fueron concedidas algunas patentes cuyas bases científicas corresponden a las mismas técnicas de los aisladores sísmicos utilizados en la Ingeniería Sísmica actual, pero no encontraron aplicaciones en ese tiempo ni la comunidad académica se interesó en desarrollar estas ideas novedosas. La misma situación también ocurrió con patentes concernientes el empleo de mampostería armada (fig. 6 y 7).

Después de estas experiencias aparecieron las primeras aplicaciones del hormigón armado. Los criterios generales del 1909 casi que permanecieron inalterados hasta el nuevo decreto del 1939 [Parducci, 2009a]. En este período se definió una primera ampliación de las zonas expuestas a riesgo sísmico, hasta a llegar a aproximadamente el 25% del territorio nacional. Estas últimas normas fueron basadas directamente sobre la Teoría de la elasticidad y sobre el método de los esfuerzos admisibles.

Todas estas disposiciones permanecieron vigentes hasta los años 70 del siglo XX cuando fue promulgado un nuevo sistema legislativo actual (leyes n. 1086 del 1971 y n.64 del1974), para trasladar las competencias técnicas al Ministerio de las Obras Públicas. Fue tan extensa la zonificación sísmica, que esta cubrió cerca del 45% del territorio nacional y fue introducido el método del espectro de respuesta para definir la intensidad de diseño como función del período de oscilación de las construcciones. De este modo se hicieron algunas actualizaciones normativas con las que se propuso la implementación de los métodos de diseño basados en los Estados Límite, siguiendo los lineamientos de los Eurocódigos. Aunque en Italia el concepto de Estado Limite fue introducido en las normas en los años ‘70 del siglo XX, este solo se incorporó de manera efectiva en la práctica constructiva unos años más tarde, en el 2009 después del terremoto del la ciudad de La Aquila con la ordenanza número 3274 del 2003.

En detalle los Eurocódigos que se desarrollaron durante cierto tiempo, necesitaron actualizaciones posteriores. De esta manera surgió una situación de conflicto de competencias que para poder solucionarlas fue necesario promulgar dos Ordenanzas: n. 3274 del 2003 y n. 3431 del 2005. Estos nuevos instrumentos normativos modificaron sustancialmente las concepciones de diseño además de los correspondientes métodos de análisis. Los objetivos se volvieron más ambiciosos y las modalidades de diseño más complejas.

La principal finalidad fue la prevención de los colapsos que pueden provocar la pérdida de vidas humanas. Por consiguiente el proyecto de las construcciones sismo-resistentes tuvo que basarse sobre el control de los potenciales mecanismos de colapso y sobre el respeto de los Estados Límite prescritos por los Eurocódigos.

Esta transformación suscitó en Italia una actitud de rechazo generalizado de parte de los ingenieros practicantes cuya formación profesional no fue actualizada adecuadamente. Para eso fue necesario conceder numerosas prorrogas que mantuvieron en vigentes las normas antiguas hasta el 2009, cuando el terremoto de La Áquila volvió insostenibles tales prorrogas.

Con el tiempo las normas promulgadas por las Ordenanzas fueron revisadas e integradas en el complejo normativo muy detallado del voluminoso Decreto Ministerial del 14 enero del 2008 hoy en vigor (Normas Técnicas para las Construcciones – http://www.cslp.it/cslp/). Con este decreto del 2008 la zonificación sísmica ya cubre casi el 80% del territorio nacional. El contenido de este último decreto corresponde a una norma sustancialmente parecido a la reciente normativa colombiana en muchos aspectos.

Finalmente es importante señalar que este las normas tecnica italianas, por cuánto concierne la protección sísmica de las construcciones de interés histórico y monumental, propone expresamente las Líneas Guía por la valoración y reducción del riesgo sísmico del patrimonio cultural, emanadas por el Ministerio por los Bienes y las Actividades Culturales. Estas Líneas Guia son armonizadas en efecto con los contenidos de la normativa oficial del 2008 (http://www.beniculturali.it).

Diseño sísmico basado en desempeño

El diseño sísmico, y por lo tanto, la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño es una filosofía para la concepción integral de las estructuras que ha tenido un auge significativo desde la década de los noventa; aunque el concepto viene de mucho antes.

Según las definiciones presentadas por algunas entidades se puede decir que la “Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño busca maximizar la utilidad obtenida de una edificación mediante la minimización del costo total que incluye el costo a corto plazo de su uso y el valor esperado de las pérdidas debidas a sismos futuros (en términos de víctimas, costos de reparación o remplazo, interrupción de la actividad, etc.) Idealmente debería considerar todos los posibles eventos símicos y sus probabilidades anuales de ocurrencia” (Fardis M. N, 2010). Sin embargo, apelando a una definición más sencilla se podría decir que la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño está enmarcada por las actividades que involucran el Análisis, Diseño, Construcción y Mantenimiento de estructuras de comportamiento “predecible” para distintos niveles de amenaza.

En esta filosofía de diseño el propietario, el ingeniero y el arquitecto de manera conjunta definen los objetivos de desempeño para la edificación. Con la ayuda de la matriz de desempeño se selecciona los comportamientos esperados de la estructura para distintos niveles de amenaza sísmica.

Los distintos niveles de desempeño se pueden especificar de manera cualitativa como completamente operacional, operacional, nivel de seguridad de vidas y cerca al colapso. También se pueden representar de manera cuantitativa con derivas de entrepiso de 0.5%, 1.0%, 2.0% y 2.5% o de manera alternativa como un índice de relación entre el desplazamiento máximo experimentado y la capacidad máxima de desplazamiento (IDDR).

Los distintos niveles de amenaza sísmica se pueden especificar de manera cualitativa como sismo frecuente, sismo ocasional, sismo raro y sismo excepcional. De manera cuantitativa, esta amenaza se puede representar como el periodo de retorno del sismo especificado, 43, 72, 475, y 970 años o de manera alternativa como probabilidades de excedencia del 70%, 50%, 10% y 5% en un periodo de 50 años. En la figura 8 se muestra un esquema para la selección del nivel de desempeño. Las combinaciones de amenaza sísmica y nivel de desempeño que aparecen en color rojo, no deben seleccionarse; las combinaciones que aparecen en color azul claro representan los objetivos mínimos requeridos y las que aparecen en color verde representan objetivos de desempeño superior o mejorado.

Algunas similitudes y diferencias entre la normativa colombiana y la italiana

En cuanto al diseño sísmico basado desempeño, en particular en Italia, no existen normas previas que directamente aborden este concepto; las normas anteriores generalmente se basaron en métodos empíricos y no científicos. Las primeras normas técnicas en Italia datan del final del siglo XVIII con Giovanni Vivenzio e Vincenzo Ferrareri; a pesar de ser normas técnicas estas fueron normas descriptivas y no científicas. Las primeras normas de carácter científico son las del 1909, Decreto Regio n. 193 del año 1909. Con estas normas, por primera vez fue introducida la modelación cualitativa de las fuerzas sísmicas representadas por fuerzas horizontales en los pisos y estas fuerzas fueron expresadas como función de las cargas verticales.

Por el contrario en Colombia, a pesar de existir cierta noción en algunos sitios de las configuraciones que favorecían el comportamiento sísmico de las estructuras en los siglos XVIII y XIX, las normas técnicas son relativamente recientes, 1984. Aunque en algunos casos se realizaban diseños sísmicos antes de 1984, estos se realizaban con base a normativas extranjeras, principalmente estadounidenses. En este tiempo ya se expresaban las fuerzas horizontales como función del periodo de la estructura.

Las normas sísmicas italianas más recientes (2008) se basan en una noción probabilista del riesgo, concepto que no excluye que el evento temido no ocurra, pero establece una probabilidad suficientemente pequeña de ocurrencia para este. Partiendo de esta filosofía, estas normas consideran diferentes Estados Límites (EL) definiéndolos según criterios de desempeño. Dos de estos involucran, de modo preciso, el diseño en zona sísmica, ellos son: Estado Límite Ultimo (ELU) y Estado Límite de Daño (ELD). En particular, la norma italiana para el caso sísmico denomina también el ELU como Estado Límite de Salvaguardia de la Vida (ELV).

En este aspecto existen similitudes entre el código Italiano y el Colombiano, que también incluye la noción probabilista del riesgo y el concepto de los estados límites mediante la verificación del desempeño de la estructura usando el espectro de diseño estándar y el espectro para movimiento sísmico correspondiente al umbral de daño (inicio del daño).

Para cada Estado Límite (EL) las normas asignan una determinada probabilidad de excedencia de la intensidad sísmica de diseño PR, la cual es igual al 10% para el ELV y al 63% para el ELD en el caso Italiano; para el caso Colombiano estos valores son del 10% y del 80% respectivamente.

Para ser consistentes con los lineamientos de los Eurocódigos, las normas italianas relacionan los niveles de seguridad con los usos que se les dará a las edificaciones. Para mantener el criterio de riesgo uniforme, este código asigna las probabilidades correspondientes a los distintos periodos de referencia; en las normas colombianas este periodo de referencia es constante e igual a 50 años, con respecto al cual se establecen las distintas tasas de excedencia del movimiento sísmico.

El período de referencia parte de una valoración convencional del intervalo de tiempo en el cual una estructura, sometida a un mantenimiento ordinario, tiene que poder ser usada por el objetivo para la cual ha sido destinada. Aún así es fundamental considerar el uso de la edificación. Por ejemplo, en Italia, a cada uso de una edificación se le asigna un valor del período de referencia: 50 años para construcciones ordinarias (viviendas, oficinas, etc.), 75 años para construcciones muy concurridas (escuelas, estadios, etc.), 100 años para construcciones estratégicas (hospitales, estaciones de bomberos, defensa civil, etc.). De este modo, basándose en un modelo probabilista poissoniano que supone la independencia en la ocurrencia de los distintos eventos sísmicos, se pueden calcular los períodos de retorno de los eventos a tener en cuenta en el proyecto para cada uno de los Estados Límite considerados. Los valores de periodo de retorno se muestran en las columnas (c), (d) y (e) de la Tabla 1. Esta es una presentación de la norma técnica italiana que es muy útil para la intervención de edificaciones que representen patrimonio histórico o en general edificaciones existentes (aunque también se acomoda muy bien para ser usado en la arquitectura moderna y contemporánea).

Este formato de la norma italiana no modifica las probabilidades asignadas a cada estado límite pero si cambia el período de referencia al que estas probabilidades están relacionadas. Este sistema permite valorar, como en el ejemplo siguiente, el tiempo mínimo de intervención dentro del que se debe llevar a cabo la adecuación sísmica de una construcción existente que no posee los requisitos de seguridad exigidos por la norma según sus requerimientos actuales.

En particular para las construcciones existentes e históricas pueden existir razones por las cuales no es posible cuantificar el valor que a ellas se atribuye de manera arbitraria. Para la protección de los valores históricos y artísticos las normas italianas introducen un Estado Límite de Bienes Artísticos (ELA), que se tiene en cuenta cuando tales valores históricos, artísticos, de uso, etc. están presentes en la construcción. En general las verificaciones solicitadas para un ELA se refieren a modelos análogos a aquellos del ELD. Por ejemplo, el daño puede corresponder a la pérdida de valor de un fresco debido a las grietas. En otros casos, por ejemplo para la conservación de elementos decorativos, el daño también puede ocurrir en ausencia de daño estructural. Las instituciones competentes locales tienen que establecer los criterios según los cuales se definen los diferentes ELA.

Otro concepto muy importante es del tiempo mínimo de intervención. Haber asociado el riesgo sísmico a un período de referencia VR permite utilizar el procedimiento ilustrado para tomar decisiones relacionadas con la programación de las tareas de restauración, que de otra manera serían difíciles de ponderar. Una situación muy común en la conservación del patrimonio cultural consiste en el hecho que cuando haya sido identificada una edificación que no satisface los requisitos de seguridad deseados, se puede determinar el tiempo máximo que debe transcurrir antes del cual se deben ejecutar las actividades de intervención para mejorar su seguridad. Si se acepta esta concepción probabilista, es posible entonces calcular, como información de apoyo, el intervalo de tiempo reducido en el cual la construcción, con su capacidad resistente actual, puede sobrevivir con el mismo nivel de seguridad que tendría con las intervenciones o mejoras planeadas, inclusive antes de realizarlas. Por ejemplo, si por el ELV la capacidad estructural de una construcción existente en sus condiciones actuales permite soportar el evento que en el sitio tiene un período de retorno de 47 años, las intervenciones deberían ser realizadas dentro de los próximos 5 años. Eso porque la probabilidad de excedencia del evento de diseño, inclusive teniendo una intensidad menor, debe ser igual a aquel correspondiente al período de referencia solicitado por las normas. Este criterio supone la ocurrencia de sismos como eventos independientes entre sí; es decir, la ocurrencia de sismo no afecta la probabilidad de ocurrencia de otro sismo (modelo “poissoniano” o de Poisson). Este modelo puede ser considerado válido en general, pero no en un tiempo próximo a aquel en que se ha producido un temblor, pues en el corto plazo son esperadas las réplicas de “ajuste”. Este criterio también permite, con elaboraciones numéricas apropiadas, programar varias estrategias de intervenciones sucesivas.

Este formato no es usado de ni presentado de manera explícita en el código colombiano puesto que para estructuras nuevas se utiliza un espectro con un periodo de retorno correspondiente a 475 años, y en el caso de estructuras especiales, adicionalmente, se debe verificar el comportamiento de la misma usando un espectro con un periodo de retorno de 30años (espectro de umbral de daño). No existe por lo tanto la posibilidad de realizar diseño de estructuras con periodos de retorno distintos a estos dos. Como se expresó anteriormente, existe un espectro de seguridad limitada (adicional a los dos ya mencionados) que puede ser usado para edificaciones que representen patrimonio histórico.

Conclusiones

La evolución de la ingeniería sísmica en Colombia y en Italia ha sido distinta. En Italia, las reglamentaciones –formalmente establecidas – con propósitos de generar edificaciones resistentes a sismos viene de mucho tiempo atrás. El desarrollo de técnicas y dispositivos patentados para estos fines datan de inicios del siglo pasado. Por el contrario en Colombia estas reglamentaciones solo han sido implementadas en el último cuarto del siglo pasado. A pesar de esta diferencia, ambas formas de implementar la Ingeniería Sísmica han llegado a grados de madurez similares.

Una diferencia sustancial existente entre el código italiano y el colombiano es la definición de estados límites y la representación flexible del espectro para diversos periodos de retorno, diferentes periodos de referencia y diferentes probabilidades de excedencia. En Italia las normas del 2008 ha introducido el concepto de Estado Límite de los bienes Artísticos. Es importante destacar el formato con el cual las normas italianas representan de manera explícita los estados límites y el concepto de mínimo tiempo de intervención, lo cual permite determinar de manera racional la prioridad a la hora de intervenir edificaciones que representen patrimonio histórico y la premura con la cual esta intervención se debe llevar a cabo.

Para el caso de Colombia, no solo se debe proveer un nivel de seguridad aceptable a las estructuras que representan patrimonio histórico mediante el uso del espectro de seguridad limitada a la hora de intervenirlas sino también establecer claramente el comportamiento esperado para estas edificaciones.

Agradecimientos

Un especial agradecimiento al Profesor Alberto Parducci de la Universidad de Perugia (Italia) y profesor en la Escuela Internacional de Verano de la Universidad de Ibagué por su colaboración científica y sus importantes sugerencias en la redacción de este documento.

También agradecemos al profesor Armando Espinosa Baquero de la Universidad del Quindío y miembro correspondiente de la Academia Colombiana de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales por su colaboración al suministrar datos históricos relevantes y por sus sugerencias para incluir en el texto final.

Originariamente pubblicato in:

El presente artículo hace parte de las memorias del VI Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, organizado por la Universidad Industrial de Santander (UIS), UPB Seccional Bucaramanga y la Asociación de Colombiana de Ingeniería Sísmica. Bucaramanga , 29 al 31 de mayo de 2013.

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