Enseñanza de Sismos Recientes

SeminarioAnual Riesgo Terremoto y Huracn, ERN-Hannover Re, Septiembre de 2004

ENSEANZAS PRINCIPALES DURANTE SISMOS RECIENTES

Arturo Tena Colunga1

RESUMEN

Se presenta una visin personal de las principales enseanzas de los sismos ms intensos ocurridos en los ltimos 20 aos en todo el mundo, con particular nfasis en los sismos que han ocurrido en Mxico.

SISMOS IMPORTANTES EN LOS LTIMOS 20 AOS Durante los ltimos 20 aos, han ocurrido muchos sismos intensos, dentro de los cuales destacan a nivel mundial los siguientes principalmente por sus enseanzas a la ingeniera sismo-resistente, ms que por su magnitud o intensidad exclusivamente:

1985 Valparaso, Chile 1985 Michoacn, Mxico 1989 Loma Prieta, California 1989 Spitak, Armenia 1994 Northridge, California 1995 Kobe, Japn 1995 Manzanillo, Mxico 1999 Armenia, Colombia 1999 Izmit (Kocaeli), Turqua 1999 Chi-Chi, Taiwan 2003 Bam, Irn

De los sismos ocurridos en Mxico, los ms importantes para la ingeniera ssmica mexicana y para la sociedad en general han sido:

19 de septiembre de 1985 (Michoacn, M=8.1) 25 de abril de 1989 (Guerrero, M=6.9) 9 de octubre de 1995 (Manzanillo, Colima, Mw=8.0) 15 de junio de 1999 (Tehuacn, Puebla Mw=7.0) 21 de enero de 2003 (Tecomn, Colima, M=7.6)

1 Universidad Autnoma Metropolitana Azcapotzalco. Departamento de Materiales. Av. San Pablo No. 180, Col. Reynosa Tamaulipas, 02200 Mxico, D.F. [email protected]

Arturo Tena Colunga

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QU HEMOS APRENDIDO DE LOS SISMOS? Esta es una de las preguntas que ms se hace la comunidad ingenieril y la sociedad mexicana en general. De acuerdo con el autor, los siguientes sectores de la sociedad mexicana han aprendido lo siguiente. Ingeniera ssmica mexicana (y mundial) Muchsimo, gracias al estudio de estos sismos y sus efectos se han podido desarrollar numerosas herramientas que han permitido hacer estudios de vulnerabilidad estructural cada vez ms completos y confiables, desarrollar la Alerta Ssmica, microzonar a la ciudad de Mxico, mejorar los reglamentos de construccin, detectar sistemas estructurales que son vulnerables ante sismos y desarrollar e implantar nuevas tecnologas en estructuras para el control de la respuesta ssmica, entre otras. Autoridades (gobierno, proteccin civil, etc.) No mucho, sobre todo porque, salvo honrosas excepciones, su visin del problema y sus acciones se enfocan con respecto al potencial capital poltico que puedan representar. Una muestra palpable de ello es que la presentacin prematura del proyecto de la Alerta Ssmica en 1993, pues an estaba en fase de prueba por parte de la comunidad ingenieril, pero para el entonces Regente del Distrito Federal, estaba lista para sus fines de promocin poltica ante las elecciones de 1994, pues se senta un candidato natural a la Presidencia. En contraparte, hay autoridades de proteccin civil que han hecho un buen trabajo educando a la gente cmo actuar antes y durante un sismo. Lamentablemente, tambin hay quienes ven su puesto como un trampoln poltico. Medios de comunicacin Casi nada. Salvo honrosas excepciones, su ignorancia sobre el tema es insultante, y la gran mayora enfoca la problemtica a obtener el mayor rating posible con base en el amarillismo y el lucro con el dolor humano. Por ello, es bastante comn que para apoyar sus noticias diseadas con tintes dramticos, tengan que presentar a las autoridades como corruptas y a la ingeniera mexicana como incapaz, subdesarrollada y corrupta. Los medios se proclaman como informados, preocupados y humanos, siendo que, a ciencia cierta, no saben distinguir, por ejemplo, entre conceptos bsicos de los sismos como son la diferencia que existe entre magnitud o intensidad, y en trminos de seguridad estructural, que significa colapso, dao, etc. Si los medios de comunicacin mexicanos fueran en realidad profesionales y ticos, antes de lanzar infundios a la ingeniera mexicana (y a otros gremios), deberan informarse acerca de su trabajo y del prestigio o no prestigio del que goza a nivel mundial, adems de preocuparse por prepararse mejor en este tema.

Enseanzas principales durante sismos recientes

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ENSEANZAS PUNTUALES DE SISMOS IMPORTANTES Algunos colegas se dejan invadir por la soberbia y afirman despus de cada sismo importante que no se ha aprendido nada nuevo. Esta actitud de erudicin suprema es muy poco afortunada, ya que para la gran mayora resulta claro que los sismos importantes dejan nuevas enseanzas, adems de recordarnos que nos hemos aprendido del todo algunas viejas lecciones. Desde mi punto de vista, estas son algunas de las principales lecciones nuevas que nos dejaron los siguientes sismos importantes que han ocurrido en el mundo en los ltimos 20 aos. Sismo de Valparaso, Chile (1985) En este sismo se observaron los primeros comportamientos indeseables de edificios de concreto reforzado modernos por efectos de torsin (figura 1), as como por una distribucin irregular de masas, rigidez y resistencia.

Figura 1. Dao de un edificio por torsin (Web Berkeley, 2004)

Sismo de Loma Prieta, California (1989) En este sismo se observaron los primeros colapsos de puentes viales y segundos pisos (Viaducto Cipress, figura 2), con diseos anteriores a reglamentos modernos (diseos de los aos 50), lo que marc la necesidad de revisar los mtodos de diseo de este tipo de infraestructura. Un hecho que quiz no result tan espectacular, pero s muy importante, fue constatar la gran vulnerabilidad que tienen las estructuras de mampostera con sistemas de piso flexible de madera (figura 3), de las cuales existe un enorme inventario en los Estados Unidos, pues es un sistema constructivo muy utilizado desde los inicios de la colonia inglesa hasta hoy en da. Esto ha dado pie a implantar un programa de investigacin importante a mediano plazo, que actualmente forma

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parte fundamental de los proyectos de investigacin del Mid America Earthquake Center de los Estados Unidos.

Figura 2. Colapso de Viaducto Cipress de San Francisco (Web Berkeley, 2004)

Figura 3. Estructura tpica de mampostera con sistema de piso flexible de madera en Gilroy,

California Sismo de Spitak, Armenia (1989) Quiz la mayor leccin de este sismo fue el colapso masivo observado en estructuras prefabricadas de concreto (figura 4), debido a lo inadecuado que eran sus conexiones para asegurar un comportamiento satisfactorio ante sismos. A partir de este sismo se han desarrollado nuevas conexiones sismo-resistentes para estructuras prefabricadas, una de ellas es propuesta de ingenieros mexicanos.


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Figura 4. Colapso de estructura prefabricada en Spitak, Armenia (Web Berkeley, 2004)

Sismo de Northridge, California (1994) Se trata de un sismo que dio varias lecciones importantes. Entre las ms novedosas estn las siguientes.

1. La importancia que tienen los acelerogramas de tipo impulsivo (o epicentrales) y su efecto devastador en estructuras cercanas al epicentro y la falla, a pesar de que la magnitud (o tamao) del sismo sea moderada (figura 5).

2. La eficacia de nuevas tecnologas desarrolladas para el control de la respuesta ssmica de

estructuras, como es el aislamiento ssmico para estructuras desplantadas en terreno firme (figura 6). Los registros instrumentales de estructuras que disponen con estas tecnologas, ms su desempeo ssmico, apoyan lo anterior.

3. Demostrar lo vulnerables que son las vialidades solucionadas utilizando estructuraciones

tipo pndulo invertido (figura 7), con diseos relativamente modernos (20 a 30 aos).

Figura 5. Colapso de estructuras cercanas al epicentro en la ciudad de Los ngeles, durante el sismo de Northridge (Web Berkeley, 2004)

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Figura 6. Buen desempeo de un edificio con aisladores de base durante el sismo de Northridge (Web Berkeley, 2004)

Figura 7. Colapso de vialidades solucionadas con estructuraciones tipo pndulo invertido (Web Berkeley, 2004)

Figura 8. Fracturas observadas en conexiones soldadas (Web Berkeley, 2004)

4. Fue el primer sismo en demostrar que algunas prcticas de soldadura utilizadas en las conexiones de estructuras metlicas no eran satisfactorias, al presentarse un gran nmero de fallas frgiles en las conexiones, sobre todo en las soldaduras, en edificios resueltos


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con marcos dctiles de acero (figura 8). Esto ha detonado un programa de investigacin muy importante, conocido como el programa SAC, que ha permitido entender el problema y plantear soluciones al mismo.

5. Este sismo demostr nuevamente que las estructuras con sistemas de piso flexible, tanto

de mampostera, como de madera, son muy vulnerables ante sismos (figura 9), reforzando lo que se observ en el sismo de Loma Prieta.

Figura 9. Dao en muros de mampostera en estructuras de mampostera con sistemas de piso de madera flexible, debido a los esfuerzos de tensin fuera del plano del muro a lo que los somete el

empuje del sistema de piso flexible (foto: Web Berkeley, 2004). Sismo de Kobe, Japn (1995) Este sismo se caracteriz por reforzar mucho de lo que se observ por primera vez en Northridge, con respecto a:

1. La vulnerabilidad de vialidades en segundos pisos con estructuraciones tipo pndulo invertido (figura 10).

2. La vulnerabilidad de conexiones en estructuras metlicas (figura 11), incluyendo a las

conexiones soldadas.

3. Observar que el aislamiento de base es una tecnologa eficaz para controlar la respuesta ssmica de estructuras desplantas en terreno firme, con base en el estudio de estructuras instrumentadas.

Mostr adems:

4. Demostr nuevamente que las estructuras muy esbeltas (tipo lpiz) son muy vulnerables a la accin de sismos (figura 12), an las diseadas con reglamentos ms modernos (10-15 aos).

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Figura 10. Colapso de vialidades en segundo piso en Kobe, Japn (Web Berkeley, 2004)

Figura 11. Fractura en la conexin de un contraviento

Figura 12. Colapso de una estructura tipo lpiz

5. Que los terrenos ganados al mar o lagunas utilizando tecnologas de los ltimos 30 aos

pueden ser licuables (figura 13), por lo que es un problema que se debe resolver (se est trabajando en ello).


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Figura 13. Fallas en estructuras portuarias por licuacin de terrenos ganados al mar (Web Berkeley, 2004)

Sismo de Izmit (Kocaeli), Turqua (1999) Se trata de un sismo donde se presentaron muchos daos ya observados en otros sismos, sobre todo en estructuras de concreto reforzado, y quiz la leccin ms importante de este sismo se asocie al siguiente hecho. El reglamento de diseo ssmico de Turqua vigente al tiempo del sismo era uno de los ms modernos del mundo. Sin embargo, se observ que la gran mayora de las construcciones que sufrieron dao grave o colapso no se disearon siguiendo ni al reglamento vigente, ni a los anteriores. Por lo tanto, la leccin ms importante es que no importa qu tan bueno sea un Reglamento de Diseo por Sismo, si las autoridades competentes no obligan su cumplimiento en el diseo y construccin de estructuras, no sirve de mucho. La otra leccin que se refuerza con este sismo es la gran vulnerabilidad de las estructuras con primer piso suave (figura 14), sobre todo de concreto reforzado, las que generalmente colapsan de manera abrupta matando a mucha gente. Esta es una leccin que muchos en Mxico, lamentablemente, olvidan recurrentemente, ya que se siguen construyendo edificios de departamentos con estructuraciones que fomentan un primer piso suave.

Figura 14. Colapso de una estructura en Turqua por primer piso suave (Web Berkeley, 2004)

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Sismo de Bam, Irn (2003) Aunque la informacin relevante desde el punto de vista ingeniera para este sismo devastador an se est procesando, existen algunos aspectos relevantes que refuerzan lo observado en otros sismos, por ejemplo:

1. Al igual que en Northridge, aqu se aprecia la importancia que tienen los acelerogramas de tipo impulsivo (o epicentrales) y su efecto devastador en estructuras cercanas al epicentro y la falla (figura 15), a pesar de que la magnitud (o tamao) del sismo sea moderada.

2. Quiz se pueda aprender mucho acerca de los efectos de las aceleraciones verticales, pues

el registro acelerogrfico de Bam es excepcional en este sentido (figura 16).

Figura 15. Efecto devastador sobre la histrica ciudad de Bam en Irn, debido a la cercana del epicentro con la ciudad (Eshghi y Zar, 2004)


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Figura 16. Acelerogramas registrados en la ciudad de Bam durante el sismo de diciembre de 2003

(Eshghi y Zar, 2004)

ENSEANZAS PUNTUALES DE SISMOS MEXICANOS Sismo del 19 de septiembre de 1985 (sismo de Michoacn) Es sin lugar a dudas uno de los sismos que ms enseanzas han dejado a la ingeniera ssmica mundial, no nicamente a la mexicana. En lo pblico, ense que el Gobierno del pas no estaba preparado para atender una emergencia de esta magnitud, ni exista siquiera un plan de proteccin civil. Deton, por lo tanto, la necesidad de crear Proteccin Civil y el Centro Nacional de Prevencin de Desastres.

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En ingeniera, las enseanzas son casi innumerables. Movimientos del terreno Ense que las amplificaciones de las ondas en el valle de Mxico y su duracin intensa eran bastante mayores a las que se haban anticipado con base en los registros de sismos previos de menor magnitud. Se comprob que la instrumentacin ssmica con que se contaba en el valle de Mxico era insuficiente para entender y estudiar el problema (figura 17). Esto permiti que en los aos siguientes se densificara la instrumentacin en el valle de Mxico.

Figura 17. Estaciones acelerogrficas disponibles durante los sismos de septiembre de 1985

Geotecnia Se comprob que la respuesta dinmica de los suelos blandos del valle de Mxico era ms compleja de lo que se supona. Se observaron algunos problemas en cimentaciones, sobre todo aquellas que se usaban en conjunto con estructuras irregulares y/o esbeltas (figura 18). Esto deton debates sobre el uso y criterios de diseo de pilotes de friccin. El nivel observado de interaccin suelo-estructura en edificios de la zona de lago fue excepcionalmente alto. Estudios detallados han permitido cuantificar que en algunas estructuras, ms del 50% del desplazamiento lateral total de una estructura se debe a efectos de interaccin.


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Estas observaciones han permitido desarrollar en el pas investigacin de vanguardia en este tema, la cual ya est incorporada en las normas de diseo ssmico.

Figura 18. Colapso de una estructura en la ciudad de Mxico debido a la falla por volteo de la cimentacin, magnificada por los efectos de la interaccin suelo-estructura en suelos blandos

Estructuras irregulares Este sismo demostr lo vulnerables que son las estructuras irregulares, an las diseadas con las normas ssmicas de la poca (1966 y 1976). Destacan por su vulnerabilidad las siguientes condiciones de irregularidad:

1. Piso dbil y torsin (edificios de esquina). Del total de colapsos de edificios en la ciudad de Mxico, ms del 40% correspondi a edificios en esquina (figura 19), que fallaron por el efecto combinado de torsin y piso suave.

Figura 19. Colapso de edificios en esquina en la ciudad de Mxico (Web Berkeley, 2004)

2. Piso suave o dbil. Este tipo de falla se present principalmente en edificios de departamentos (condominios) ubicados en colonias como la Roma, la Condesa, la Del

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Valle y Narvarte, debido al importante contraste de rigidez y resistencia que existi generalmente entre el primer piso (planta baja) y los pisos superiores. El primer piso, al contar con menos elementos resistentes (generalmente slo columnas), que los pisos superiores (que contaban adems de las columnas, con muros diafragma y/o muros estructurales), era generalmente ms flexible y menos resistente que los superiores. Sin embargo, este piso es el que se ve sujeto a los mayores cortantes ssmicos, y dado su dficit en resistencia con respecto a los pisos inmediatos superiores, debe entonces ser capaz de resistir estas demandas con base en su capacidad de deformacin. Lamentablemente, las columnas de concreto reforzado no tienen la capacidad para soportar con su deformacin lo que le demanda un sismo tan intenso, y este hecho fue lo propici el colapso de una gran cantidad de edificios de condominios, sobre todo en la colonia Roma. En la figura 20 se le ilustra esquemticamente el concepto de primer puso suave.

d1

d2

Figura 20. Comportamiento dinmico de una estructura con primer piso suave

3. Torsin. Adems de los edificios en esquina, se presentaron problemas por torsin en edificios estructurado deficientemente para resistir cargas laterales, colocando a los elementos resistentes en planta excntricamente, en algunas ocasiones motivadas por una deficiente seleccin de la ubicacin de escaleras y elevadores, y en otras exclusivamente por ignorancia de cmo se comportan las estructuras ante cargas laterales, como las que originan los sismos. Entre algunos de los ejemplos de edificios que fallaron por torsin, se encuentran el Edificio Ruta 100, el edificio de SCT, y el edificio de la Secretara de Comercio (figura 21).

4. Esbeltez. Algunos edificios fallaron por su esbeltez excesiva, que provocaron importantes

efectos de segundo orden (P-) e importantes momentos de volteo, los cuales se vieron magnificados en la zona de lago de la ciudad de Mxico por la interaccin suelo-estructura. Entre las fallas ms conocidas se encuentran las de los Edificios Pino Surez (figura 22), Nuevo Len (figura 23) y el edificio Zacatecas, donde los pilotes de la cimentacin no tuvieron la capacidad de sujetar a la estructura y fueron arrancados del


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terreno junto con la estructura debido al momento de volteo a que se vio sujeta esta estructura esbelta.

5. Plantas alargadas. Las plantas alargadas provocan demandas de deformacin adicionales

en los elementos resistentes centrales de la planta, por efectos de flexibilidad de diafragma (por ejemplo, ver figura 3). Quiz el caso ms conocido de un edificio que fall, entre otras cosas, por su planta alargada, es el edificio Nuevo Len en Tlatelolco, donde adems se tenan otras deficiencias estructurales, como eran la esbeltez en su direccin corta y las columnas cortas que se introdujeron en las fachadas en los accesos a los elevadores, que se ubicaban cada tres niveles (figura 23). Las columnas cortas fueron propiciadas por un defecto constructivo, ya que en el proyecto estructural se especific que esos muretes perimetrales deban estar desligados de las columnas.

Figura 21. Falla por torsin del edificio de la Secretara de Comercio (Fundacin ICA, 1988)

Figura 22. Colapso de una de las torres del conjunto Pino Surez debido a su esbeltez

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Figura 23. Colapso del edificio Nuevo Len por esbeltez, planta alargada y columnas cortas Uso irregular o inadecuado Muchas fallas importantes de edificios en la ciudad de Mxico se dieron por un uso inadecuado de la estructura, al cambiarse el uso del mismo y someterlo a cargas mucho mayores con las que fueron diseados. Esto se dio principalmente en edificios que se utilizaron como bodegas, o que eran oficinas gubernamentales con una gran cantidad de archiveros muy pesados, donde se concentraron masas muy importantes en los pisos superiores y llevaron a los edificios a su falla debido al importante aumento de las fuerzas de inercia y de las caractersticas dinmicas de estas estructuras. Entre los edificios que fallaron, entre otras cosas, por este motivo, se encuentran los edificios de la Secretara de Comercio, los edificios de SCT, y el Taller de las Costureras en la zona centro de la ciudad de Mxico, adems de los edificios que se muestran en la figura 24.

Figura 24. Colapso de edificios de la ciudad de Mxico debidos a concentraciones de masas excesivas no consideradas en su diseo (Fundacin ICA, 1988)


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Estructuras colindantes (choque estructural) Quiz el sismo del 19 de septiembre de 1985 ha sido el sismo donde se han presentado ms colapsos y daos estructurales graves como consecuencia del choque entre estructuras vecinas debido a la nula o escasa separacin entre ellas (figura 25). Entre los casos ms conocidos estn los edificios del Hotel de Carlo y La Fragua, cercanos al monumento de la Revolucin. Como consecuencia de ello, desde las Normas de Emergencia de 1987 se establecieron separaciones ms rigurosas en el diseo de estructuras nuevas con sus colindancias, para evitar este fenmeno.

Figura 25. Fallas en edificios colindantes por choque estructural (Web Berkeley, 2004)

Sistemas estructurales Losa plana aligerada El sismo mostr la gran vulnerabilidad en la zona de lago de las estructuras de mediana altura de concreto reforzado que utilizaban como sistema de piso a losas planas reticulares, donde se observaron numerosos colapsos, sobre todo en las colonias ubicadas en la zona del lago de la ciudad de Mxico (figura 26). De hecho, ste fue el sistema estructural moderno que tuvo el ms pobre desempeo durante el sismo del 19 de septiembre de 1985. Desde ese entonces, las normas de diseo por sismo castigaron notablemente a este sistema estructural, y en parte por ello, o por el recuerdo de sus impresionantes colapsos, este sistema estructural cay en desuso en la zona del lago de la ciudad de Mxico por muchos aos. En los aos ms recientes, se est volviendo a construir con una variante de este sistema, al apoyarse ahora esta losa plana aligerada en vigas peraltadas que forman marcos propios con las columnas (figura 27), lo que le proporciona al edificio mayor rigidez y resistencia a cargas laterales.

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Figura 26. Colapso tpico de edificios construidos con losas planas aligeradas en la zona de lago de la ciudad de Mxico (Fundacin ICA, 1988)

Figura 27. Sistema constructivo actual de losas planas aligeradas perimetralmente apoyadas en vigas utilizadas en edificios modernos de la ciudad de Mxico

Marcos de concreto reforzado El sismo mostr la vulnerabilidad en la zona de lago de las estructuras de mediana altura con base en marcos de concreto reforzado con un detallado no dctil (figura 28). Se observaron muchos edificios daados con estas caractersticas. Desde ese entonces, las normas de diseo respectivas han sido ms precisas sobre cmo deben disearse, detallarse y construirse este tipo de estructuras. Las investigaciones realizadas recientemente sugieren que en sismos fuertes futuros se deben esperar comportamientos satisfactorios de este sistema, siempre y cuando se diseen conforme a las normas de 1987 a la fecha (por ejemplo, Luna y Tena, 1999).


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Figura 28. Fallas tpicas en vigas y columnas de edificios estructurados con base en marcos de concreto reforzado con detallado no dctil (Fundacin ICA, 1988)

Figura 29. Reparacin del edificio frente al Parque Espaa con la adicin de contravientos metlicos (cortesa de Enrique del Valle Caldern).

Reparacin de estructuras El sismo del 19 de septiembre de 1985 prob la eficacia o no eficacia de varios sistemas de reparacin de estructuras que se utilizaron para rehabilitar edificios que fueron daados en sismos previos (1957, 1964 y 1979). Los sistemas que aprobaron el examen para reparar edificios de concreto reforzado de mediana altura en la zona del lago fueron:

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1. Rigidizacin y aumento de la resistencia ante carga lateral con la adicin de contravientos

de acero (figura 29). 2. Aumento local de la resistencia y capacidad de deformacin por medio de encamisados de

columnas (figura 29) y vigas. 3. Rigidizacin y aumento de la resistencia ante carga lateral con la adicin de muros de

concreto reforzado.

Elementos estructurales Trabes acarteladas de concreto reforzado El sismo mostr que el diseo de estos elementos ante carga lateral es deficiente, por falta de lineamientos especficos en las normas para su correcto diseo (ejemplos, Edificio AMIS y Cine Paseo). El problema es a nivel mundial, pues existe poca informacin experimental al respecto. En la ciudad de Mxico existe una aeja tradicin de construir edificios de concreto reforzado con trabes acarteladas; de hecho, ao con ao se siguen construyendo edificios con trabes acarteladas (figura 30). Actualmente se est conduciendo en Mxico en la Universidad Autnoma Metropolitana Azcapotzalco (UAM-A) un programa experimental a mediano plazo (figura 31) que permitir en un futuro lograr un diseo dctil de este elementos ante carga lateral.

Figura 30. Edificio en Santa Fe construido con trabes acarteladas


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Figura 31. Experimentos realizados en la UAM-A para conocer el comportamiento a cortante de trabes acarteladas de concreto reforzado

Sismo del 25 de abril de 1989 (M=6.9) Este sismo permiti entender mejor la respuesta del valle de Mxico, ya que es el primer sismo importante que registr la Red Aceleromtrica del Valle de Mxico (figura 32), que en ese entonces pas a tener ms de 100 acelermetros (contra los 13 que haba en 1985).

Figura 32. Red aceleromtrica de la ciudad de Mxico (cortesa de Luis Eduardo Prez

Rocha)

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Por otra parte, aunque no hubo daos graves ni colapsos en las estructuras del Valle de Mxico, si dej enseanzas en cuanto al comportamiento, pues tambin fue el primer sismo importante que se registr en algunas estructuras que cuentan desde ese entonces con una instrumentacin ssmica permanente. Sismo del 9 de octubre de 1995 (Sismo de Manzanillo) Este sismo dej muchas enseanzas de lo que puede esperarse en los puertos y ciudades cercanas a la zona de subduccin del Pacfico, entre otras: 1. Los suelos ganados al mar y lagunas en los puertos mexicanos con tcnicas reconocidas

en su tiempo pueden ser licuables (figura 33). Por lo tanto, el potencial de licuacin debe revisarse y, en su caso, utilizar tcnicas de mejoramiento para evitar su falla.

Figura 33. Licuacin de arenas durante el sismo de Manzanillo (Web Berkeley, 2004) 2. La instrumentacin ssmica de Colima y Jalisco es prcticamente nula, por lo que debe

densificarse para poder hacer una zonacin ssmica adecuada. Adems, sera recomendable instrumentar tambin algunos edificios representativos.

3. La instrumentacin ssmica de las presas importantes de la zona permite monitorear su

comportamiento ante sismos. Este ha sido un gran acierto, pues su estudio sistemtico va a permitir tomar medidas preventivas a tiempo.

4. El gran nmero de daos y colapsos en estructuras que se disearon sin participacin de

ingenieros o arquitectos (auto-construccin, figura 34) indican la necesidad de elaborar manuales de autoconstruccin sencillos que permitan a la poblacin de pocos recursos construir viviendas ms seguras ante sismos.


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5. Una vergenza gremial. Se construyeron estructuras de mampostera no reforzada modernas en una zona que es conocida como de alto riesgo ssmico. Obviamente, fallaron (figura 35).

Figura 34. Colapso tpico de vivienda de autoconstruccin en la ciudad de Manzanillo

Figura 35. Dao estructural grave de estructuras modernas construidas con base en mampostera no reforzada en la ciudad de Manzanillo

6. Se observ un deficiente comportamiento en hospitales del sector pblico, usualmente

ubicados en edificios muy viejos, sin ninguna consideracin de diseo por sismo (figura 36). Es imperativo que se haga un esfuerzo importante en dotar a estas poblaciones de nuevos hospitales, diseadas conforme a reglamentos modernos o, en su defecto, reforzar los existentes ssmicamente con tcnicas cuya eficacia ya ha sido probada.

7. Se observ el colapso del paraguas del edificio de la terminal de autobuses forneos de

Manzanillo, cuyo diseo es de los aos 60s o 70s (figura 37). Existen cientos de terminales similares a la que se colaps en Manzanillo en todo Mxico, incluyendo la zona de mayor peligro ssmico. Se debe, por lo tanto, evaluar la vulnerabilidad de

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terminales similares en todo el pas, para poder tomar la decisin adecuada acerca de su refuerzo, o en su caso, su reemplazo por una terminal nueva.

8. La deteccin de fallas en edificios modernos que se disearon despus de 1985 con

sistemas estructurales que desde 1985 se haban sealado como peligrosos ante carga lateral. Esto incluye el uso de losas planas reticulares en edificios de hoteles, y no tomar en cuenta la interaccin de muros de mampostera con los marcos en edificios (figura 38).

Figura 36. Dao tpico observado en los hospitales pblicos de la ciudad de Manzanillo

Figura 37. Colapso del paraguas de la terminal de autobuses forneos de Manzanillo Sismo del 15 de junio de 1999 (Sismo de Tehuacn) La enseanza principal de este sismo fue reforzar lo que debi aprenderse desde el sismo de Ciudad Serdn de 1973, y es que la mayor parte de los monumentos coloniales, particularmente las iglesias de la regin (estados de Puebla, Veracruz, Oaxaca, Tlaxcala y Morelos), son muy


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vulnerables a los sismos de falla normal que se originan en la zona (figura 39). Esto pone tambin una voz de alerta a iglesias de estructuraciones similares en la zona de subduccin del Pacfico.

Figura 38. Colapso de edificios en la ciudad de Puerto Vallarta durante el sismo del 9 de octubre de 1995, por una inadecuada seleccin del sistema estructural.

Figura 39. Colapso de cpulas y dao estructural grave en torres de campanarios de iglesias coloniales ubicadas en la ciudad de Cholula, Puebla, durante el sismo del 15 de junio de 1999

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Tambin se observaron cosas que ya deban haberse aprendido de sismos anteriores, como las fallas de estructuras con columnas cortas, estructuraciones con pisos suaves (figura 40), o de edificios de concreto con detallado pobre en sus conexiones, en vigas y columnas.

Figura 40. Colapso del los edificios Los Sapos en el centro de la ciudad de Puebla, Puebla, durante el sismo del 15 de junio de 1999 (cortesa de Tiziano Perea)

Sismo del 21 de enero de 2003 (Sismo de Tecomn) Este sismo, que afect principalmente a la zona conurbada de Colima, ense que la mayora de las conclusiones que se derivaron del sismo de Manzanillo de 1995, y que se hicieron llegar a oficinas gubernamentales, les pasaron de noche, o simplemente no las leyeron o tomaron en cuenta. Por ejemplo, se observaron las mismas fallas en los hospitales pblicos, nuevas licuaciones de arenas en el puerto de Manzanillo, daos en estructuras de mampostera no reforzada y de adobe, sobre todo de autoconstruccin (figura 41), iglesias coloniales (figura 42), adems de que en ocho aos que pasaron entre un evento y otro, no se instal ningn aparato nuevo de registro ssmico en la zona. El aspecto ms positivo que se observ, que por otra parte es muy importante, es que las autoridades de proteccin civil del Estado de Colima tuvieron una respuesta ejemplar a la emergencia del sismo, calificada as tanto por expertos internacionales que estuvieron en la zona en esos das, como del propio gremio mexicano.


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Figura 41. Fallas recurrentes en sismos anteriores que volvieron a observarse en el sismo de Tecomn de 2003 (cortesa de Tiziano Perea)

Figura 42. Dao en las torres del campanario de la iglesia de Coquimatln durante el sismo de Tecomn de 2003 (cortesa de Tiziano Perea)

ACCIONES DE APOYO REALIZADAS EN MXICO CON OBJETIVOS A MEDIANO Y LARGO PLAZO DESDE SEPTIEMBRE DE 1985

La comunidad ingenieril y cientfica de Mxico han emprendido las siguientes acciones con objetivos a mediano y largo plazo como consecuencia de los sismos de septiembre de 1985. No todas estas actividades se planearon de inicio con este objetivo, o formaron parte de programas coordinados a largo plazo que contaran con una logstica y presupuestacin suficiente para lograr estos objetivos, sino que en la mayora de las ocasiones las metas a mediano y largo plazo se fueron dando sumndose esfuerzos individuales de distintas instituciones e investigadores que encontraron puntos de inters comn, y despus se coordinaron de manera natural para lograr alcanzar metas dentro ese objetivo comn. Algunas de las acciones ms relevantes se enuncian a continuacin.

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Instrumentacin ssmica Se densific la instrumentacin ssmica en el valle de Mxico y en el interior del pas (principalmente Guerrero y Michoacn), adems de que se inici un programa de instrumentacin ssmica de edificios en la ciudad de Mxico. Estas acciones si parten de un programa que de inicio se plane con esta finalidad. Estudio y prediccin de los movimientos del terreno En este rubro, se pueden clasificar las siguientes acciones coordinadas formal e informalmente:

1. Desarrollo de la alerta ssmica. 2. Prediccin de las intensidades de los movimientos del terreno en el valle de Mxico

(figura 43), adems de otras ciudades y regiones del pas.

3. Zonacin ssmica.

4. Microzonacin ssmica.

5. Espectros de diseo de riesgo uniforme

Figura 43. Aceleraciones espectrales mximas esperadas en el valle de Mxico para un sismo proveniente de Guerrero (cortesa de Luis Eduardo Prez Rocha)


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Identificacin de las propiedades dinmicas de los suelos y estratos rocosos En este rubro, se destacan los siguientes temas:

1. Identificacin de los efectos de sitio.

2. Desarrollo o depuracin (en el caso del valle de Mxico) de mapas de isoperiodos.

3. Zonacin ssmica.

4. Microzonacin ssmica.

5. Espectros de diseo de riesgo uniforme. Identificacin de las propiedades dinmicas de edificios Aqu se destacan los siguientes temas:

1. Estudio de la validez de mtodos convencionales de anlisis estructural e hiptesis usuales en el diseo de edificios.

2. Estudio del deterioro de las propiedades dinmicas de estructuras ante la ocurrencia de

sismos frecuentes.

3. Estudio del comportamiento de algunas tcnicas de refuerzo y/o reestructuracin de estructuras.

4. Estudio experimental de la interaccin suelo-estructura

Comportamiento estructural: experimental Se han realizado investigaciones coordinadas sobre los siguientes temas principales:

1. Estructuras de mampostera confinada, con refuerzo interior y con refuerzo con base en malla electrosoldada y mortero (encamisados).

2. Estructuras de concreto: Losa plana reticular aligerada, conexiones prefabricadas tipo

ventana, encamisados de columnas, concretos de alta resistencia, trabes acarteladas.

3. Disipadores pasivos de energa: dispositivos solera, viga a flexin, dispositivo panel de cortante.

Arturo Tena Colunga

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Comportamiento estructural: analtico Se han realizado estudios coordinados sobre los siguientes temas:

1. Estructuras de mampostera: modelos constitutivos, calibracin y desarrollo de ecuaciones de diseo y de mtodos de anlisis con base experimental. Depuracin del mtodo simplificado.

2. Estructuras de concreto: Evaluacin de metodologas de diseo por desempeo, puntales

y tensores, calibracin y evaluacin de propuestas reglamentarias para el diseo de estructuras a base de marcos, de muros y mixtas.

3. Estructuras de acero: Evaluacin de propuestas reglamentarias para el diseo de

estructuras con marcos (con y sin contravientos) y mixtas, conexiones rgidas y semi-rigidas. Revisin de los estudios ligados a las fallas en conexiones soldadas observadas durante los sismos de Northridge y Kobe.

4. Cimentaciones: criterios de diseo para pilotes, cajones y cimentaciones compensadas.

Comportamiento estructural: nuevas tecnologas Las principales nuevas tecnologas que se han estudiado son:

1. Disipadores de energa por histresis: ADAS, TADAS, Dispositivos Solera, viga a flexin, panel de cortante.

2. Disipadores viscoelsticos.

3. Disipadores no invasivos (por friccin o flexin).

4. Osciladores resonantes.

5. Aislamiento ssmico: aisladores elastomricos (HRB, NRB, LRB), pndulos de friccin,

GT-BIS (pendular), sistemas rodantes y amortiguadores metlicos. Rehabilitacin y reestructuracin de estructuras Las principales tcnicas que se han estudiado son:

1. Encamisados (columnas, vigas y muros). 2. Contraventeos (perfiles estructurales y cables de presfuerzo).

3. Disipadores pasivos de energa.


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4. Adicin de muros.

5. Aislamiento ssmico.

6. Reduccin de niveles.

Condiciones de irregularidad en estructuras Las condiciones de irregularidad estructural que se han estudiado son:

1. Torsin.

2. Primer piso suave.

3. Esbeltez.

4. Escalonamiento en elevacin (abrupto y gradual).

5. Planta irregular (en L, T, etc).

6. Flexibilidad de diafragmas. Conceptos y fundamentos de diseo sismorresistente Adems de todos los rubros mencionados anteriormente, se tienen los siguientes:

1. Factores de reduccin de fuerzas por comportamiento ssmico (R o Q). 2. Criterios de diseo por desempeo.

3. Mtodos de anlisis y diseo (convencional y por desempeo).

4. Evaluacin de estructuras existentes.

5. Puentes y pndulos invertidos.

6. Tuberas subterrneas y estructuras especiales.

Arturo Tena Colunga

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LOGROS OBTENIDOS A MEDIANO Y LARGO PLAZO DESDE SEPTIEMBRE DE 1985 EN MATERIA DE INGENIERA SSMICA Y ESTRUCTURAL EN MXICO

En opinin del que escribe, algunos de los logros ms importantes de la ingeniera ssmica mexicana como consecuencia de las acciones emprendidas a raz de los sismos de septiembre de 1985 son:

1. Desarrollo y puesta en marcha de la Alerta Ssmica. 2. Actualizacin de la zonacin ssmica del pas.

3. Depuracin de la zonacin ssmica (microzonacin) del valle de Mxico.

4. Zonacin ssmica preliminar de varias ciudades del pas.

5. Actualizacin de reglamentos de construccin del Distrito Federal y del interior del pas,

tales como: (a) RCDF-87, RCDF-95, RCDF-2001 y sus Normas Tcnicas

Complementarias en el Distrito Federal y, (b) RCEG-90 (Guerrero), MOC-93 (Nacional), RCEP-1999 (Puebla).

6. Empleo de nuevas tecnologas en edificios y puentes.

CAMBIOS MS IMPORTANTES EN LAS NORMAS TCNICAS

COMPLEMENTARIAS PARA DISEO POR SISMO (NTCS-2004) FRUTO DE LAS INVESTIGACIONES MEXICANAS

1. Actualizacin y depuracin de la zonacin ssmica. 2. Adecuacin de sus correspondientes espectros de diseo.

3. Cambios importantes en las definiciones y criterios especficos para el diseo de

estructuras irregulares.

4. Actualizacin de los criterios para considerar interaccin suelo-estructura.

5. Adecuacin de un artculo que fomentar la aplicacin de nuevas tecnologas bajo la supervisin del Gobierno del Distrito Federal.

6. Primeros pasos encaminados al diseo por desempeo al proporcionar un mtodo de

diseo transparente en el apndice A.

7. Adecuacin del mtodo simplificado de diseo ssmico


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CAMBIOS DE FONDO EN LAS NORMAS TCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA DISEO DE ESTRUCTURAS DE MAMPOSTERA (NTCM-2004)

1. Se da preferencia al diseo con base en datos experimentales. 2. Adecuacin del mdulo de rigidez a cortante, Gm.

3. Establecimiento de criterios de diseo por durabilidad.

4. Criterios de anlisis de estructuras a base de muros (con o sin aberturas).

5. Definicin explcita del requisito de simetra para el uso del mtodo simplificado de

anlisis y diseo.

6. Se hace nfasis en el detallado del acero de refuerzo.

7. Se admite el clculo explcito de la contribucin del refuerzo horizontal a la resistencia a fuerzas cortantes (refuerzo horizontal o malla soldada).

8. Se acepta el uso de malla de alambre electrosoldado y recubrimiento de mortero para el

diseo original y refuerzo de muros.

9. Para la mampostera no confinada ni reforzada se exige un refuerzo mnimo por integridad estructural.

10. Se hace ms exigente la supervisin del proceso constructivo.

11. Se seala una poltica de muestreo para el control de calidad de los materiales en obra.

12. Se dan los lineamientos generales para una adecuada evaluacin de estructuras daadas y

consideraciones para su rehabilitacin.

13. Definicin explcita de distorsiones inelsticas de diseo.

14. En el Apndice A se establece un criterio de aceptacin para sistemas evaluados experimentalmente mediante el ensaye en laboratorio de muros a escala natural

CAMBIOS DE FONDO EN LAS NORMAS TCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA

DISEO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO (NTCC-2004)

1. Adecuacin de varios criterios para el diseo de marcos dctiles. 2. Introducir los lineamientos para fomentar que las articulaciones plsticas de marcos

dctiles se formen fuera del nudo.

Arturo Tena Colunga

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3. Cambio en la ecuacin de la resistencia del concreto cortante para elementos con peralte mayor a 70 cm.

4. Cambio en el bloque equivalente de esfuerzos, lo que impacta el diseo por compresin y

flexocompresin.

5. Inclusin explcita de los concretos de alta resistencia.

6. Inclusin del captulo de diseo por durabilidad.

7. Cambio en el diseo por torsin, de columnas esbeltas y vigas diafragma.

8. Cambios en la longitud de desarrollo y el mdulo de elasticidad.

CAMBIOS DE FONDO EN LAS NORMAS TCNICAS COMPLEMENTARIAS PARA

DISEO DE ESTRUCTURAS METLICAS (NTCEM-2004)

1. Adecuacin de criterios para el diseo de marcos dctiles. 2. Modificacin del diseo de conexiones soldadas viga-columna.

3. Inclusin de criterios para el diseo de marcos con contravientos conectados

excntricamente.

4. Modificacin en la evaluacin del factor de longitud efectiva (k) para marcos no arriostrados lateralmente.

5. Adecuacin de algunas ecuaciones para el diseo por carga axial y flexin de perfiles

estructurales y de elementos hechos a base de placas soldadas.

FRACASO DE LA INGENIERA SSMICA Y ESTRUCTURAL EN MXICO DESDE SEPTIEMBRE DE 1985

En opinin del autor, el principal fracaso de la ingeniera ssmica mexicana es la ausencia de un cabal reconocimiento de sus trabajos, logros y calidad por una gran parte de la opinin pblica. Esto se debe, entre otras cosas, a la ignorancia y amarillismo de algunos medios de informacin, principalmente en radio y televisin, que aprovechan la actitud pasiva de los ingenieros ante las acciones de los medios de comunicacin. Una consecuencia de todo esto es que es muy comn que la opinin pblica les acredite el diseo estructural a los arquitectos y, en los casos ms extremos y peor informados, muchos mexicanos consideren que no exista gran diferencia entre un ingeniero civil y un maestro de obras.


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Siempre que existe una edificacin notable se menciona el nombre del arquitecto, mientras que el del ingeniero se difunde slo cuando se observa un mal comportamiento. Reflexionando sobre este tema, esto se debe a la ley de Murphy, o a la pasividad de muchos colegas ingenieros? En opinin del que escribe, y en un sano ejercicio de autocrtica gremial, esto se debe en gran parte a la actitud pasiva (y a veces sumisa) de muchos ingenieros ante los medios de comunicacin y el poder poltico, tal vez como una deformacin exagerada de la vocacin de servicio a la comunidad que tienen en comn la inmensa mayora de los ingenieros mexicanos. En conclusin, si los ingenieros mexicanos no cambiamos nuestra actitud ante los medios y el poder poltico, siendo ms vocales y agresivos en el buen sentido de la palabra, fomentando una cultura de cooperacin con los medios de manera que les proporcionemos informacin veraz que fomente su conocimiento de la calidad de nuestra ingeniera y, con ello, fomentemos una cultura de respecto al gremio ingenieril mexicano, esta situacin no va a cambiar!

ACCIONES POR REALIZAR A MEDIANO PLAZO POR LA INGENIERA SSMICA MEXICANA

A pesar de los grandes avances que ha hecho la ingeniera ssmica mexicana en los ltimos 20 aos, existen muchas acciones por emprender para reducir la vulnerabilidad de las estructuras nuevas y existentes en las zonas de alto peligro ssmico de Mxico. Entre muchas otras, el que escribe considera prioritarias a las siguientes: Proteccin civil

1. Mejorar la operacin y confiabilidad de la alerta ssmica y extender su potencial cobertura a toda la zona de subduccin de las costas del Pacfico.

2. Continuar con los programas de prevencin y de adiestramiento de la poblacin ante

sismos.

3. Establecer un programa nacional de identificacin de estructuras vulnerables para poder tomar las medidas preventivas correspondientes.

Investigacin

1. Regionalizacin, zonacin y microzonacin ssmica ptima. 2. Tecnologas modernas: Disipacin pasiva de energa y aislamiento ssmico.

3. Estudio analtico y experimental del comportamiento ssmico de los principales sistemas

estructurales utilizados en Mxico: mampostera, concreto, acero, prefabricados, mixtos, etc.

Arturo Tena Colunga

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4. Estudio profundo de las principales condiciones de irregularidad (torsin, piso suave, esbeltez, escalonamiento) y cmo afectan el comportamiento ssmico de estructuras.

5. Evaluacin y rehabilitacin ssmica de estructuras, con particular nfasis en el estudio de

nuevas tecnologas y el estudio experimental de tcnicas utilizadas con anterioridad y que han demostrado ser exitosas.

6. Criterios de diseo por desempeo.

ACCIONES PRIORITARIAS EN EL MEDIANO PLAZO

De los temas identificados como importantes a concretar en el mediano plazo, existen algunas lneas que lucen como prioritarias, como las que se enuncian a continuacin. Criterios de diseo por desempeo

1. Aterrizar los criterios de desempeo estructural y los espectros de diseo por riesgo uniforme conforme a la realidad ssmica, social y econmica de nuestro pas.

2. Desarrollar mtodos de anlisis y diseo confiables a distintos niveles (mtodos simples y

rigurosos).

3. Definir realista y cuidadosamente los lmites de distorsin de entrepiso para distintos niveles de desempeo para los principales sistemas estructurales utilizados en Mxico con base en estudios experimentales y analticos especficamente encaminados para este fin.

Reglamentacin

1. Concretar los anteproyectos de normas modelo para. a) Disipadores de energa y aislamiento ssmico. b) Puentes (urbanos y carreteros). c) Evaluacin y rehabilitacin de estructuras.

2. Mejorar todas las Normas Tcnicas Complementarias de los reglamentos con base en las

investigaciones que se realicen y las aportaciones que realicen los ingenieros de la prctica.

3. Desarrollar un reglamento modelo de diseo por desempeo a nivel nacional slidamente

fundamentado y que tome en cuenta la realidad ssmica y socioeconmica de nuestro pas. Prctica profesional Seguir el ejemplo de los japoneses, donde queda perfectamente establecida la jerarquizacin de los ingenieros en funcin de su grado de preparacin y experiencia, y en funcin de esto se ponen lmites al ejercicio de su prctica profesional, lo que es del conocimiento de autoridades


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gubernamentales y particulares. Esto permitira que la figura del Responsable Estructural en Ingeniera fuera en cierta forma equivalente a la que tienen los Mdicos Especialistas o el Notario Pblico. La consecuencia directa sera, en opinin de muchos, la revaloracin de la profesin a todos niveles. Opinin pblica Despojarnos de esa actitud pasiva (principalmente reactiva) ante los medios de comunicacin y el poder poltico, de manera que todos los ingenieros cooperen con su granito de arena para hacerles entender la importancia de nuestro trabajo e informarlos bien. Es verdaderamente pattico que muchos informadores an no sepan siquiera conceptos bsicos de los sismos (entre muchas otras cosas), y que muchos polticos nos quieran dar ms un trato de servidumbre, que de colaboradores. Sin minimizar la importancia de la participacin de los arquitectos en las grandes construcciones (principalmente edificios), el gremio ingenieril debe dejar muy claro que el diseo estructural y ssmico corresponde a los ingenieros civiles, y deber coordinarse en el futuro cercano una campaa nacional encaminada a incluir, en todos los edificios de importancia, una placa de reconocimiento a los ingenieros responsables del diseo estructural, y no nicamente la de los arquitectos, como es generalmente el caso hoy en da. Solamente actuando de esta manera podremos ganarnos el respeto de la opinin pblica, de los medios y del poder poltico en el futuro cercano.

REFERENCIAS 1. Fundacin ICA (1988), Experiencias derivadas de los sismos de septiembre de 1985,

primera edicin, editorial Limusa.

2. Eshghi, S. y M. Zar (2004), Bam (SE Iran) earthquake of 26 December 2003, Mw=6.5: A preliminary reconnaissance report, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Irn

3. Tena Colunga, Arturo (editor), (1997), El macrosismo de Manzanillo del 9 de octubre de 1995, Sociedad Mexicana de Ingeniera Ssmica y Universidad de Colima, primera edicin, octubre.

4. Web Berkeley (2004), Pagina web http://nisee.berkeley.edu/images/servlet/EqiisListQuake

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