PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ESTRUCTURAL CON BASE EN LAS NSR-98, ERRORES, EJEMPLOS Y PROPUESTAS DE ACTUALIZACIÓN

STRUCTURAL DESIGN PROCEDURES BASED ON NSR-98 ERRORS, EXAMPLES AND UPDATE PROPOSALS

JUAN CAMILO GÓMEZ CANO
Ingeniero civil Universidad Nacional de Colombia, Medellín; estudiante Maestría en Ingeniería de Materiales y Procesos, Facultad de Minas, jcgomez1@unalmed.edu.co

JOSEF FARBIARZ FARBIARZ
Ingeniero civil Universidad Nacional de Colombia, Medellín; Profesor Asociado, Director Centro de Proyectos e Investigaciones Sísmicas, CPIS, Facultad de Minas, jfarbiar@unalmed.edu.co

Recibido para revisión 15 de Octubre de 2004, aceptado 28 de Marzo de 2005, versión final 29 de Junio de 2005

RESUMEN: En este trabajo se realiza un estudio del Título C de las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98 (Ley 400 de 1997 y sus decretos reglamentarios) , dedicado al diseño y construcción de estructuras de hormigón estructural, y de los aspectos más importantes que con éste se relacionan en los Títulos A y B. El Decreto 1400 de 1984 reglamentó el primer código para construcciones que tuvo Colombia, el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, CCCSR-84, elaborado con base en el trabajo del Comité AIS-100 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS, y creado por orden presidencial a raíz de los importantes daños causados en Popayán por el sismo de 1983 [8].  Este código, que se utilizó por más de 14 años, se reemplazó con la actualización que la AIS preparó en su versión AIS-100-97, y que se instituyó mediante la Ley 400 de 1997, reglamentada por los decretos 33 de 1998, 34 de 1999, 2809 de 2000 y 52 de 2002. Para poner en perspectiva el trabajo, se revisan las principales diferencias entre las NSR-98 y el CCCSR-84, destacando los aspectos nuevos introducidos con la actualización y detallando los cambios específicos que la nueva versión trajo al Título C, dedicado al diseño y construcción de estructuras de hormigón estructural.

PALABRAS CLAVE: Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, Hormigón estructural, Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistente, CCCSR-84, ACI 318-2002.

ABSTRACT: In this work, Title C, and of some aspects related to it in Titles A and B, of the Colombian standards for earthquake resistant design and construction, NSR-98 (Law 400 of 1997 and their regulation ordinances) are reviewed and studied.  Title C of NSR-98 is dedicated to the design and construction of structures of structural concrete,.  Decree 1400 of 1984 regulated the first Colombian code for earthquake resistant constructions, the Colombian Earthquake Resistant Design and Construction Code (Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes), CCCSR-84, based on the work of Committee AIS-100 of the Colombian Association of Seismic Engineering, AIS, and created by presidential order soon after important damages caused in Popayán by the earthquake of 1983. This code, employed for more than 14 years, was updated by AIS-100- 97, a AIS 100 committee document, which became Law 400 of 1997, regulated by decrees 33 of 1998, 34 of 1999, 2809 of 2000 and 52 of 2002.  To place the work  into perspective, main differences between the NSR-98 and the CCCSR-84 are iodentified, highlighting the new aspects introduced with the update and detailing the specific changes that the new version brought to the Title C, dedicated to the design and construction of  structures of structural concrete.

KEY WORDS: Colombian Earthquake Resistant Design and Construction Norms, NSR-98, structural concrete, Colombian Earthquake Resistant Design and Construction Code, CCCSR-84, ACI 318-2002.

1. INTRODUCCIÓN

Desde 1984 toda construcción realizada en nuestro país está sujeta a una reglamentación, por la cual los ingenieros son los directos responsables de que, tanto el diseño como la construcción, cumplan con esas especificaciones mínimas, bajo unas condiciones de seguridad y economía proteja la vida, integridad y bienes de aquellas personas que harán uso de una edificación.

En 1984 el Código Colombiano de Construcciones Sismorresistentes, elaborado con base en el trabajo del Comité AIS-100 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS, se reglamentó a través del Decreto 1400 de 1984.  Este código, que se utilizó por más de 13 años se reemplazó con la actualización de la norma AIS-100,  las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, Ley 400 de 1997, y sus decretos reglamentarios.

Sin embargo, esta actualización carece de comentarios, es decir, de argumentación y aclaración en torno a los requisitos técnicos, que expliquen los motivos, alcances y objetivos de la reglamentación.  Esto, a su vez, resulta en la posibilidad de interpretaciones personales, ajenas a la filosofía misma de la normatividad.

Por otra parte, el texto de las NSR-98 adolece de algunos errores que se han ido detectando y corrigiendo a través de decretos adicionales, con base en el aporte desinteresado de los usuarios.  Se requiere un esfuerzo coordinado para detectar los errores que aún permanezcan en el reglamento. 

Además, con el constante desarrollo de la ingeniería las especificaciones deben revisarse.  Por ejemplo, el código ACI-318 de los Estados Unidos, que sirvió como base parcial de las NSR-98, con su versión de 1995, ya ha sido actualizado, desde entonces, en un par de ocasiones (1999 y 2002).

2. ANTECEDENTES

Antes de 1984 la práctica de la ingeniería estructural se basaba en normas vigentes en otros países, que tuvieran reconocida aceptación.  Sin embargo, ya en 1978 el Instituto Colombiano de Productores de Cemento, ICPC, había realizado una traducción oficial del código del ACI de 1977 (ACI 318-77), bajo licencia de sus autores.  El  mismo año, y con base en esa traducción, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas, ICONTEC, establece un comité para desarrollar una norma nacional para construcciones de hormigón estructural, que publica cinco años más tarde: la Norma ICONTEC NTC-2000 de 1983.

El 31 de marzo de 1983, un terremoto afectó severamente la histórica ciudad de Popayán, evento que motivó al gobierno nacional a comisionar a la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS, para desarrollar una normativa sismo resistente, encargo que resulta en la promulgación en 1984 del Decreto 1400, el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistente, CCCSR-84,  basado en la traducción del ACI-318 del 77, pero actualizado a la versión de 1983[.6]

Catorce años pasaron para que se actualizara el CCCSR-84.  La actualización era necesaria por varias razones:  en primer lugar, las normas que sirvieron de base al código habían sufrido ya modificaciones, como el propio ACI-318 y la AISC (en 1989 y 1995); en segundo lugar, el código se había implantado con cierta premura, y faltaba la inclusión de aspectos importantes, como las consideraciones geotécnicas, la construcción con madera, entre otros;  y en tercer lugar, en la última década se había desarrollado en el país una cantidad importante de investigaciones sobre materiales y comportamiento de elementos estructurales que aclaraban y complementaban algunos aspectos del código[11].

De tal manera, el Comité AIS-100 de la AIS actualiza la norma proponiendo cambios sustanciales que el congreso aprobaría a través de la Ley 400 de 1997.  Más tarde, se promulga el Decreto 33 de 1998, que reglamenta la ley, estableciéndose de este modo, las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, que reemplazan en su totalidad al CCCSR-84.

3. PRINCIPALES CARACTERÍSTI-CAS INTRODUCIDAS CON LA LEY 400 DE 1997

Las principales características son:

• Establecimiento de la Comisión Asesora Permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes.
• Cumplimiento del Decreto 1731 de 1967, mediante la expedición de las NSR-98 en el Sistema Internacional de Medidas (SI).
• Modificación del  espectro de diseño para quedar solamente en función de A_a (coeficiente de aceleración pico efectiva), eliminando el A_V, coeficiente de velocidad pico efectiva.
• Eliminación de C_d (coeficiente de amplificación de desplazamiento); en las NSR-98  las derivas se calculan con base en las fuerzas sísmicas de diseño F_s, sin dividir por el coeficiente de capacidad de disipación de energía.
• Disminución de los valores de las derivas máximas.
• Consideración de torsión accidental [10].

4. ERRORES Y PROPUESTAS

Se hace también una recolección de los errores detectados y sugerencias de cambio, sea adición, modificación o eliminación de especificaciones, en las NSR-98, recibidas por la AIS y recogidas por las Asociación de Ingenieros Estructurales de Antioquia, AIE, y complementada con entrevistas con docentes, ingenieros practicantes y constructores.

A pesar de los esfuerzos editoriales de la AIS y de la participación de numerosas personas en la revisión del texto de las NSR-98, no se pudo evitar  algunos errores de digitación en la definición de algunos conceptos y en algunas ecuaciones que se han ido detectando y corrigiendo a través de decretos adicionales, con base en el aporte desinteresado de sus usuarios. Por otra parte, muchos usuarios han enviado sugerencias para efectuar cambios al texto de las normas, modificando límites, introduciendo nuevos conceptos, eliminando otros, etc.  Gracias a la colaboración de la AIS, la SAI y  diferentes profesionales en el medio, se inventariaron los errores detectados, y se recogieron las propuestas de cambios sugeridos a los  títulos A, B, C, D y E.

A medida que se reciben las advertencias de errores o las sugerencias, se comprueba que el error no haya sido corregido ya y que la propuesta esté de acuerdo con una correcta interpretación de la norma tal como existe hoy.  Las sugerencias de cambio, adición o eliminación, son estudiadas por el comité correspondiente de la AIS.  Una vez revisadas y aprobadas, estas enmendaduras se agrupan y  organizan para incluirlas en decretos que, tras ser aprobados por la Comisión Asesora Permanente del Régimen de Construcciones Sismo Resistentes (CAP) y firmados por el Presidente o su delegado, pasan a formar parte de futuras ediciones del reglamento de la Ley 400.  Es el caso del Decreto 34 de 1999.  Sin embargo, aún reposan en el inventario resultante, varios errores que no han sido corregidos.

Por otra parte, varios usuarios han identificado conceptos y aspectos que, o no se incluyen en las normas y, a su juicio, debían incluirse, o que están incluidos pero que debían modificarse.  Algunas de estas opiniones se han enviado a la AIS u a otras organizaciones gremiales pertinentes;  sin embargo, los autores han complementado esta recopilación con entrevistas a varios ingenieros practicantes de reconocida participación en los procesos de desarrollo y aplicación de las normas. Ver apéndice 1.

5. LA INFLUENCIA DEL ACI 318-2002

Las NSR-98 se desarrollaron con base en normas internacionales, como las de la ACI y la AISC.  De tal manera, es importante hacer referencia a los principales cambios  del código ACI, en sus últimas versiones  de 1999 y 2002.[11]

La normatividad no es estática y, por el contrario, debe obedecer a procesos dinámicos de revisión y complementación, a medida que el conocimiento y la tecnología producen el avance del estado del arte del diseño estructural y de la construcción de edificaciones.

En su última versión, por ejemplo, el ACI-318, introduce nuevos factores de mayoración y de resistencia, basados en análisis estadísticos y probabilísticos  con nuevos parámetros y bajo la actualización  de la información de literatura de los años ochenta y noventa[2].

Casos como el de la generalización en las combinaciones generales de carga independientes del material, son avances que contribuyen positivamente al avance tecnológico y técnico de la ingeniería y deben tenerse en cuenta para un análisis en cuanto a la posibilidad de que las NSR-98 las adopte en sus futuras actualizaciones[1].

6. PROCEDIMIENTOS DE ANÁLISIS Y DISEÑOS

Para ofrecer una guía para la interpretación de las normas, se  plantean  procedimientos   de   análisis   y  diseño  con  base  en  las NSR-98, específicamente para los títulos A y C, en referencia con el cálculo de la fuerza sísmica y el diseño de algunos elementos estructurales de hormigón, anotando las principales especificaciones y limitantes en su dimensionamiento y diseño, de acuerdo con el Título C.

La AIS está preparando la versión actualizada de las normas para atender varios aspectos relacionados con el avance del estado del arte en el ámbito de la ingeniería civil.  La fecha propuesta para la publicación de la nueva versión es el año 2006.  El trabajo de recolección de gazapos, problemas conceptuales y de las opiniones, sugerencias y propuestas técnicas que se han recibido durante estos siete años de vigencia de las NSR-98, de seguro aportarán a que las normas colombianas continúen siendo un documento vigente técnicamente y útil desde el punto de vista práctico. 

Por ley de la República, el diseño y construcción de una edificación en cualquier parte del territorio colombiano debe regirse por las NSR-98; por lo tanto se hace necesario una descripción  de las diferentes etapas de este proceso desde sus actividades preliminares, hasta el diseño final de los elementos.

Para cada una de las etapas se describen sus consideraciones previas, las actividades para realizar y los resultados esperados; además,  se referencia el respectivo parágrafo de las NSR-98 donde se describen las consideraciones citadas.

7. EJEMPLOS ILUSTRATIVOS

Por último, se desarrollan unos ejemplos siguiendo los procedimientos planteados, adecuadamente  referenciados con las especificaciones y recomendaciones dadas por las normas.

El CCCSR-84 contaba con un tomo de comentarios al código [4] y un tomo de ejemplos [5].  Sin embargo, las NSR-98 no tienen ninguno de los dos.  Esto resulta en la posibilidad de interpretaciones personales, ajenas a la filosofía misma de la normatividad.  Por lo tanto, es conveniente que se preparen comentarios y ejemplos para complementar la futura NSR-06.  El trabajo incluye también ejemplos de análisis y diseño sismo resistente de estructuras de hormigón. Ver referencia 7.

Sin embargo, la sistematización de la metodología propuesta por las normas y su ejemplificación, se limita al Título C.

Como complemento a las NSR-98 siempre se hizo necesario tener una serie de ejemplos que mostraran paso a paso como se vinculaba esta reglamentación en distintos aspectos del análisis y diseño, tal y como lo tenía el Código Colombiano de Construcción Sismo Resistente de 1984 (CCCSR-84). Es así,  como se plantea una serie de procedimientos y unos ejemplos que ilustren algunos aspectos importantes del procedimiento planteado siguiendo la reglamentación definida en las NSR-98 [7], no con el fin de limitar  el análisis, sino con el ánimo de tener una base parcial para los comentarios de las NSR-98 para su mejor aplicación y entendimiento[3].

8. CONCLUSIONES

En 1984 el Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes, elaborado con base en el trabajo del Comité AIS-100 de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS, se reglamentó a través del Decreto 1400 de 1984.  Este código, que se utilizó varios años se reemplazó con la actualización de la norma AIS-100,  las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistente, NSR-98, Ley 400 de 1997, y sus decretos reglamentarios.

Sin embargo, esta actualización carece de comentarios, es decir, de argumentación y aclaración en torno a los requisitos técnicos, que expliquen los motivos, alcances y objetivos de la reglamentación.  Esto, a su vez, resulta en la posibilidad de interpretaciones personales, ajenas a la filosofía misma de la normatividad.

Por otra parte, el texto de las NSR-98 adolece de algunos errores que se han ido detectando, con base en el aporte desinteresado de los usuarios.  Aunque la mayoría, sin embargo, han sido corregidos a través de decretos reglamentarios adicionales, se requiere un esfuerzo coordinado para detectar los errores que aún permanezcan en el reglamento.

De particular importancia, resulta el análisis crítico de las normas, con base en la buena práctica de la ingeniería en Colombia, para optimizar su contenido y reconocer problemas de la adaptación de las normas base que fueron desarrolladas para una realidad que, en algunos aspectos, difiere significativamente del medio colombiano.

De tal manera, la revisión crítica contenida aquí aporta material para la futura actualización de las NSR-98.

AGRADECIMIENTOS

A los ingenieros Hernán Darío Cano, Carlos Arturo Madrid, Gonzalo Hincapié y a la Asociación de Ingenieros estructurales de Antioquia,  que con su aporte contribuyeron a la culminación y desarrollo de este trabajo.

REFERENCIAS

[1] ACI, Essential requirements for reinforced concrete buildings, international publication series, 2002 edition         [ Links ]
[2] ACI, Building code requirements for structural concrete and comentary, 2002.         [ Links ]
[3] ARTHUR H. Nilson, Diseño de estructuras de concreto, duodécima edición, Mc Graw Hill, junio de 2002.
[4] ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA, Comentarios al código colombiano de construcciones sismo resistentes CCCSR-84, 1984         [ Links ]
[5] ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERIA SÍSMICA, Manuales de ejemplos y ayudas de diseño del código colombiano de diseño y construcción sismo resistente CCCSR-84, 1984.         [ Links ]
[6] CARDONA, Omar Darío. Cinco años NSR-98. Revista Noticreto, numero 65.         [ Links ]
[7] GOMEZ CANO, Juan Camilo, procedimientos de análisis y diseño con base en las NSR-98, errores, ejemplos y propuestas de actualización. 2004.         [ Links ]
[8] Normas colombianas de diseño y construcción sismo-resistente NSR-98.Ley 400 de 1997.         [ Links ]
[9] ROCHEL, Roberto. Hormigón reforzado primera y segunda parte, 2000.         [ Links ]
[10] URIBE ESCAMILLA, Jairo Documento comentarios al titulo B cargas de las normas colombianas de diseño y construcción sismo resistente NSR-98 , octubre de 2002.         [ Links ]
[11] GARCIA REYES, Luis Enrique y CARDONA, Omar Darío. El nuevo código ACI 318-02. Revista Noticreto, numero 66.         [ Links ]

APÉNDICE 1. Recopilación

Tabla 1. recopilación de errores aún no corregidos en el texto publicado de las NSR-98.
Table 1.  Compilation of errors still not correct in the published NSR-98 document

Tabla 2: Recopilación de propuestas de adición o modificación.
Table 2.  Compilation of proposals for additions or modifications