Nota sobre la definición de demandas sísmicas para el diseño de edificaciones en Colombia
Main Article Content
Abstract
The definition of seismic design parameters for all types of infrastructure is crucial to ensuring good performance in countries located in areas with significant seismic risk. The main objective of the codes or standards governing earthquake-resistant design is to protect life; however, the definition of the design coefficient (cs), which determines the lateral load resistance of a structure under seismic actions, also has an economic and social impact related to the construction cost, and the expected future losses. Seismic hazard focuses on the study of expected seismic intensity (PGA, PGV, among others) and its recurrence, while seismic risk is related to the study of the impacts generated due to seismic actions on a single element or a portfolio of exposed elements, usually expressed with different metrics, such as probability of collapse, number of fatalities, and economic losses. In this context, the definition of cs, often represented in parametric design spectra, should include both threat and risk analysis that allows for the integration of different approaches, always prioritizing safety aspects. This paper explores the most widely accepted methodologies worldwide for defining cs in earthquake-resistant standards and proposes the use of its envelope, justifying that the benefit in terms of collapse safety is much greater than the impact on the total expected cost over the useful life. To this end, Colombia was taken as a case study, a country that has various seismic hazard and risk studies, design codes, and openly and freely available information.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
References
Acevedo, A. B., Yepes-Estrada, C., González, D., Silva, V., Mora, M., Arcila, M., & Posada, G. (2020). Seismic risk assessment for the residential buildings of the major three cities in Colombia: Bogotá, Medellín, and Cali. Earthquake Spectra, 36(1s), 298–320. https://doi.org/10.1177/8755293020942537 DOI: https://doi.org/10.1177/8755293020942537
Algermissen, S. T., & Perkins, D. M. (1976). A probabilistic estimate of maximum acceleration in rock in the contiguous United States (Open-File Report 76-416). U.S. Geological Survey. https://pubs.usgs.gov/publication/ofr76416 DOI: https://doi.org/10.3133/ofr76416
Applied Technology Council. (1978). Tentative provisions for the development of seismic regulations for buildings (ATC 3-06). National Bureau of Standards. https://doi.org/10.6028/nbs.sp.510 DOI: https://doi.org/10.6028/NBS.SP.510
Arcila, M., García, J., Montejo, J., Eraso, J., Valcárcel, J., Mora, M., Vigano, D., Pagani, M., & Díaz, F. J. (2020). Modelo nacional de amenaza sísmica para Colombia. Servicio Geológico Colombiano. https://doi.org/10.32685/9789585279469 DOI: https://doi.org/10.32685/9789585279469
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (1983). Norma AIS 100-83, Requisitos sísmicos para edificaciones. AIS.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (1998). Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-98. AIS.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (2014). Norma Colombiana de Diseño de Puentes. AIS.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, Comité AIS-300. (1984). Estudio general de amenaza sísmica de Colombia 1984. AIS.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, Comité AIS-300. (1996). Estudio general de amenaza sísmica de Colombia 1996. AIS.
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, Comité AIS-300. (2010). Estudio general de amenaza sísmica de Colombia 2009. AIS.
Beauval, C., Yepes, H., Bakun, W. H., Egred, J., Alvarado, A., & Singaucho, J.-C. (2010). Locations and magnitudes of historical earthquakes in the Sierra of Ecuador (1587-1996). Geophysical Journal International, 181(3), 1613–1633. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04569.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04569.x
Bernal, G. A., & Cardona, O. D. (2021). Actualización de los coeficientes sísmicos de diseño estructural para la Norma Colombiana de Construcción Sismo Resistente NSR en Investigaciones en gestión del riesgo de desastres para Colombia. Avances, perspectivas y casos de studio (pp. 1-35). Comisión Nacional Asesora para la Investigación del Riesgo de Desastres.
Bernal, G. A., & Cardona, O. D. (2024). Update of structural design seismic coefficients for the colombian building code (NSR) [Conferencia]. 18th World Conference of Earthquake Engineering WCEE2024.
Building Seismic Safety Council. (2020). NEHRP recommended seismic provisions for new buildings and other structures (Vol. 1, Part 1 y 2). Building Seismic Safety Council. https://www.fema.gov/sites/default/files/2020-10/fema_2020-nehrp-provisions_part-1-and-part-2.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2006a). Estudio macrosísmico del sismo del 31 de agosto de 1917, Villavicencio (Meta). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131122000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2006b). Estudio macrosísmico el sismo del 18 de mayo de 1875, Cúcuta (Norte de Santander). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131115000.pdf
Cifuentes, H., G. & Sarabia, A. M. (2007a). Estudio macrosísmico del sismo del 8 de julio de 1950, Arboledas (Norte de Santander). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131132000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2007b). Estudio macrosísmico del sismo del 16 de enero de 1644, Pamplona (Norte deSantander). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131101000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2007c). Estudio macrosísmico del sismo del 16 de junio de 1805, Honda (Tolima). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131110000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2009a). Estudio macrosísmico del sismo del 18 de octubre de 1992, Murindó (Antioquia). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131158000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2009b). Estudio macrosísmico del sismo del 31 de marzo de 1983, Popayán (Cauca). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131156000.pdf
Cifuentes, H. G., & Sarabia, A. M. (2009c). Revisión de información histórica y reevaluación de intensidades del sismo del 9 de febrero de 1967, Colombia (Huila). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131143000.pdf
Crowley, H., Despotaki, V., Silva, V., Dabbeek, J., Romão, X., Pereira, N., Castro, J. M., Daniell, J., Veliu, E., Bilgin, H., Adam, C., Deyanova, M., Ademović, N., Atalic, J., Riga, E., Karatzetzou, A., Bessason, B., Shendova, V., Tiganescu, A., Toma-Danila, D., Zugic, Z., Akkar, S., & Hancilar, U. (2021). Model of seismic design lateral force levels for the existing reinforced concrete European building stock. Bulletin of Earthquake Engineering, 19(7), 2839–2865. https://doi.org/10.1007/s10518-021-01083-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s10518-021-01083-3
Departamento Nacional de Estadística de Colombia. (s.f.). Geovisor de consulta de codificación de la Divipola. Recuperado el 15 de mayo de 2024, de https://geoportal.dane.gov.co/geovisores/territorio/consulta-divipola-division-politico-administrativa-de-colombia/
Esteva, L. (1970). Regionalización sísmica de México para fines de ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México.
Federal Emergency Management Agency. (2003). NEHRP recommended provisions for seismic regulations for new buildings and other structures (FEMA 450).
Gallego, M. (2000). Estimación de riesgo sísmico en la República de Colombia [Tesis doctoral, Universidad Nacional Autónoma de México].
García-Mayordomo, J., Faccioli, E., & Paolucci, R. (2004). Comparative study of the seismic hazard assessments in European national seismic codes. Bulletin of Earthquake Engineering, 2(1), 51–73. https://doi.org/10.1023/B:BEEE.0000039046.42398.9d DOI: https://doi.org/10.1023/B:BEEE.0000039046.42398.9d
Gkimprixis, A., Tubaldi, E., & Douglas, J. (2019). Comparison of methods to develop risk-targeted seismic design maps. Bulletin of Earthquake Engineering, 17(7), 3727–3752. https://doi.org/10.1007/s10518-019-00629-w DOI: https://doi.org/10.1007/s10518-019-00629-w
Gkimprixis, A., Tubaldi, E., & Douglas, J. (2020). Evaluating alternative approaches for the seismic design of structures. Bulletin of Earthquake Engineering, 18(9), 4331–4361. https://doi.org/10.1007/s10518-020-00858-4 DOI: https://doi.org/10.1007/s10518-020-00858-4
Gómez-Capera, A. A., Stucchi, M., Rodríguez, L., Arcila, M., Bufaliza, M., Choy, J., Minaya, E., Leyton, L., Pirchiner, M., Rendón, H., Sarabia, A., Tavera, H., & Yepes, H. (2020). Catálogo de terremotos de América del Sur homogéneo en Mw para el periodo pre-1964. GEOS, 40(1).
Horspool, N., Gerstenberger, M. C., & Elwood, K. J. (2021). Risk targeted hazard spectra for seismic design in New Zealand [Conference paper] NZSEE 2021 Annual Conference.
International Seismological Centre. (2025). ISC-GEM earthquake catalogue [Dataset]. https://doi.org/10.31905/D808B825 DOI: https://doi.org/10.31905/D808B825
Keller, E., Newman, J. E., Ortmann, A., Jorm, L. R., & Chambers, G. M. (2021). How much is a human life worth? A systematic review. Value in Health, 24(10), 1531–1541. https://doi.org/10.1016/j.jval.2021.04.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jval.2021.04.003
Khose, V. N., Singh, Y., & Lang, D. H. (2012). A comparative study of design base shear for RC buildings in selected seismic design codes. Earthquake Spectra, 28(3), 1047–1070. https://doi.org/10.1193/1.4000057 DOI: https://doi.org/10.1193/1.4000057
Leyendecker, E. V., Hunt, R. J., Frankel, A. D., & Rukstales, K. S. (2000). Development of maximum considered earthquake ground motion maps. Earthquake Spectra, 16(1), 21–40. https://doi.org/10.1193/1.1586081 DOI: https://doi.org/10.1193/1.1586081
Leyendecker, E. V., Perkins, D. M., Algermissen, S. T., Thenhaus, P. C., & Hanson, S. L. (1995). USGS spectral response maps and their relationship with seismic design forces in building codes (Open-File Report 95-596). U.S. Geological Survey. https://pubs.usgs.gov/publication/ofr95596 DOI: https://doi.org/10.3133/ofr95596
López, M. A., Hernández, J., & Hasbun, J. C. (2021). Modernización de las provisiones que rigen el diseño sísmico (Informe para el Banco Interamericano de Desarrollo). https://srt.snet.gob.sv/tallerdivulgacion/Documentos_t%C3%A9cnicos/Modenizacion%20de%20las%20provisiones%20que%20rigen%20el%20dise%C3%B1o%20sismico.pdf
Luco, N. (2006). Risk-targeted approach to selecting return periods for design maps. En Proceedings of the 3rd ATC-35/USGS National Earthquake Ground-Motion Mapping Workshop.
Luco, N., Ellingwood, B. R., Hamburger, R. O., Gumpertz, S., Hooper, J. D., Kimball, J. K., & Kircher, C. A. (2007). Risk-targeted versus current seismic design maps for the conterminous United States [Convention proceedings] SEAOC 2007.
Makdisi, A. J., Luco, N., Clayton, B. S., & Kortum, Z. A. (s.f.). Python source code for USGS risk-targeted ground motion calculator [Software]. U.S. Geological Survey. https://doi.org/10.5066/P9A2F2B8
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2010). Reglamento colombiano de construcción sismo resistente NSR-10.
Ministerio de Desarrollo Económico & Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (1998). Decreto 33 de 1998, por medio del cual se adopta el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-98.
Ministerio de Obras Públicas y Transporte y Sociedad Colombiana de Ingenieros. (1984). Decreto 1400 de junio 7 de 1984, Código Colombiano de Construcciones Sismo-Resistentes.
National Standarization Agency. (2019). SNI 1726-2019 Procedures for planning earthquake resistance for non-building building structures.
Ordaz, M., Jara, J. M., & Singh, S. K. (1989). Riesgo sísmico y espectro de diseño en el estado de Guerrero. En Memorias del VIII Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica y VII Congreso Nacional de Ingeniería Estructural.
Ordaz, M., Salgado‐Gálvez, M. A., & Cardona, O. D. (2023). Review and comparison of different strategies to define earthquake design accelerations. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 52(13), 3945–3961. https://doi.org/10.1002/eqe.3950 DOI: https://doi.org/10.1002/eqe.3950
Ordaz, M., Salgado-Gálvez, M. A., Pérez-Rocha, L. E., Cardona, O. D., & Mena-Hernández, U. (2017). Optimum earthquake design coefficients based on probabilistic seismic hazard analyses: Theory and applications. Earthquake Spectra, 33(4), 1455–1474. https://doi.org/10.1193/110116eqs189m DOI: https://doi.org/10.1193/110116eqs189m
Pagani, M., Monelli, D., Weatherill, G., Danciu, L., Crowley, H., Silva, V., Henshaw, P., Butler, L., Nastasi, M., Panzeri, L., Simionato, M., & Vigano, D. (2014). OpenQuake engine: An open hazard (and risk) software for the Global Earthquake Model. Seismological Research Letters, 85(3), 692–702. https://doi.org/10.1785/0220130087 DOI: https://doi.org/10.1785/0220130087
Parra Garcia, J. A. (2024). Comparación del desempeño de edificaciones en concreto reforzado diseñadas con dos diferentes especificaciones de demanda sísmica [Tesis de maestría, Universidad Nacional de Colombia]. Repositorio Institucional UNAL. https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/87388
Pavel, F., Crowley, H., Romão, X., Vladut, R., Pereira, N., & Ozsarac, V. (2024). Evolution of national codes for the design of RC structures in Romania. Bulletin of Earthquake Engineering, 22(3), 911–949. https://doi.org/10.1007/s10518-023-01791-y DOI: https://doi.org/10.1007/s10518-023-01791-y
Pulido, N. (2003). Seismotectonics of the Northern Andes (Colombia) and the development of seisic networks. Bulletin of the International Institute of Seismology and Earthquake Engineering, (Special Edition), 69–76.
Ramírez, J. E., & Estrada, G. (1977). Mapa de riesgo sísmico. Universidad Javeriana.
Rosenblueth, E. (1976a). Optimum design for infrequent disturbances. Journal of the Structural Division, 102(9), 1807–1825. https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0004431 DOI: https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0004431
Rosenblueth, E. (1976b). Towards optimum design through building codes. Journal of the Structural Division, 102(3), 591–607. https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0004298 DOI: https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0004298
Salgado, M. A., Bernal, G. A., Yamín, L. E., & Cardona, O. D. (2010). Evaluación de la amenaza sísmica de Colombia. Actualización y uso en las nuevas normas colombianas de diseño sismo resistente NSR-10. Revista de Ingeniería, (32), 28–37. https://doi.org/10.16924/revinge.32.3 DOI: https://doi.org/10.16924/revinge.32.3
Salgado-Gálvez, M. A., Bernal, G. A., & Cardona, O. D. (2016). Evaluación probabilista de la amenaza sísmica de Colombia con fines de actualización de la Norma Colombiana de Diseño de Puentes CCP-14. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 32(4), 230–239. https://doi.org/10.1016/j.rimni.2015.07.001 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rimni.2015.07.001
Salgado-Gálvez, M. A., Zuloaga-Romero, D., Bernal, G. A., Mora, M. G., & Cardona, O.-D. (2014). Fully probabilistic seismic risk assessment considering local site effects for the portfolio of buildings in Medellín, Colombia. Bulletin of Earthquake Engineering, 12(2), 671–695. https://doi.org/10.1007/s10518-013-9550-4 DOI: https://doi.org/10.1007/s10518-013-9550-4
Sandoval, R., & Ordaz, M. (2025). Risk-targeted seismic design maps for Mexico. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 55(2), 336-349. https://doi.org/10.1002/eqe.70089 DOI: https://doi.org/10.1002/eqe.70089
Sarabia, A. M. (2016). Relación de atenuación de la intensidad sísmica para sismos corticales en Colombia. Método Bakun & Wentworth. Servicio Geológico Colombiano.
Sarabia, A. M., & Cifuentes, H. (2007a). Estudio macrosísmico del sismo del 7 de septiembre de 1882 en Colón (Panamá). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131116000.pdf
Sarabia, A. M., & Cifuentes, H. (2007b). Estudio macrosísmico del sismo del 12 dediciembre de 1979 en el Océano Pacífico. INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131154000.pdf
Sarabia, A. M., & Cifuentes, H. (2007c). Estudio macrosísmico del sismo del 14 de diciembre de 1923 en Cumbal (Nariño). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131123000.pdf
Sarabia, A. M., & Cifuentes, H. (2007d). Estudio macrosísmico del sismo del 31 de enero de 1906, en el Océano Pacífico. INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131120000.pdf
Sarabia, A. M., & Cifuentes, H. (2010). Estudio macrosísmico del sismo ocurrido el 25 de enero de 1999 en Armenia. INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131163000.pdf
Sarabia, A. M., Cifuentes, H., & Dimaté, M. C. (2006a). Estudio macrosísmico del sismo del 20 de enero de 1834, Santiago (Putumayo). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131113000.pdf
Sarabia, A. M., Cifuentes, H., & Dimaté, M. C. (2006b). Estudio macrosísmico del sismo el 16 de noviembre de 1827, Altamira (Huila). INGEOMINAS. https://recordcenter.sgc.gov.co/B6/21001000024413/documento/pdf/2105244131112000.pdf
Sarabia Gómez, A. M., Barbosa Castro, D. R., & Arcila Rivera, M. M. (2022). Macroseismic intensity data and effects of significant earthquakes in Colombia based on historical seismicity studies. Boletín Geológico, 49(2). https://doi.org/10.32685/0120-1425/bol.geol.48.2.2021.638 DOI: https://doi.org/10.32685/0120-1425/bol.geol.48.2.2021.638
Sarria, A. (1978). Revisión del mapa de riesgo sísmico de Colombia. Universidad de los Andes.
Sarria Molina, A. (2003). Capítulo 4: Tectónica global y origen de los sismos. En Terremotos e infraestructura. Universidad de los Andes. https://hdl.handle.net/1992/66716
Silva, V., Crowley, H., & Bazzurro, P. (2016). Exploring risk-targeted hazard maps for Europe. Earthquake Spectra, 32(2), 1165–1186. https://doi.org/10.1193/112514eqs198m DOI: https://doi.org/10.1193/112514eqs198m
Stucchi, M., Meletti, C., Montaldo, V., Crowley, H., Calvi, G. M., & Boschi, E. (2011). Seismic hazard assessment (2003-2009) for the Italian building code. Bulletin of the Seismological Society of America, 101(4), 1885–1911. https://doi.org/10.1785/0120100130 DOI: https://doi.org/10.1785/0120100130
Taboada, A., Rivera, L. A., Fuenzalida, A., Cisternas, A., Philip, H., Bijwaard, H., Olaya, J., & Rivera, C. (2000). Geodynamics of the northern Andes: Subductions and intracontinental deformation (Colombia). Tectonics, 19(5), 787–813. https://doi.org/10.1029/2000TC900004 DOI: https://doi.org/10.1029/2000TC900004
Taherian, A. R., & Kalantari, A. (2019). Risk-targeted seismic design maps for Iran. Journal of Seismology, 23(6), 1299–1311. https://doi.org/10.1007/s10950-019-09867-6 DOI: https://doi.org/10.1007/s10950-019-09867-6
Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres, Cardona, O. D., Bernal, G. A., Marulanda, P., Villegas, C., González, D., Escovar, M. A., & Carreño, M. L. (2018). Atlas de riesgo de Colombia: Revelando los desastres latentes. Ingeniar Risk Intelligence. http://repositorio.gestiondelriesgo.gov.co/handle/20.500.11762/27179
Vargas, C. A., Pujades, L., & Ugalde, A. (2004). Propagación de ondas sísmicas y atenuación de ondas de coda en el Territorio colombiano (Colección Jorge Álvarez Lleras no. 23). https://repositorio.accefyn.org.co/entities/publication/ed27c48c-8335-418d-8570-64f02ffcf1cf
Wiggins, J. H. (1972). Earthquake safety in the City of Long Beach based on the concept of balanced risk. En Perspectives on benefit-risk decision making: Report of a colloquium (pp. 87–95). National Academy of Engineering. https://doi.org/10.17226/20454
Wiggins, J. H., & Moran, D. F. (1970). Earthquake safety in the city of Long Beach based on the concept of balanced risk.
Yamin, L. E., & Guesquiere, F., Cardona, O. D., Ordaz, G. M. (2013). Modelación probabilista para la gestión del riesgo de desastre: El caso de Bogotá, Colombia (1a ed.). Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento / Banco Mundial Región de América Latina y el Caribe