Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
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AÑ01991
CONTENIDO 1 Editorial
Visión comparativa del consumo de cemento en Sud América...
Fabricación y clasificación de cementos en Chile...
Comentarios a la Norma NCh170.0f 85 HormigónRequisitos Generales
Entrevista al Gerente General del Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
6 Eventos. EDITOR RESPONSABLE
Osear Jadue Salvador EDITOR: Pablo Valenzuela M. y Dpto.Técnico Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón. Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón Pío X 2455 Providencia Santiago, ChileTelefax:(56-2) 2326777 Permiso de circulación según resolución exenta Ns 752 del 8 de octubre de 1986.
Editorial
El Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón es una corporación privada, sin fines de lucro, formada por la Cámara Chilena de la Construcción y las empresas productoras de cemento, cuyo objetivo es promover el mejor uso del cemento y del hormigón en sus diversas aplicaciones. Para cumplir su objetivo, el Instituto realiza, entre otras, las siguientes actividades: INVESTIGACIÓN. Promueve, financia y realiza directamente investigaciones que tiendan a lograr un mejor conocimiento de la tecnología del cemento y del hormigón y, por lo tanto, una mejor utilización de estos materiales y de sus productos derivados, así como para obtener nuevos productos que se adapten a las necesidades del mercado. ASISTENCIA TÉCNICA. Presta asesorías a empresas en la solución de los problemas que se les presentan en aspectos tecnológicos, constructivos y de control de calidad de las obras de Hormigón. DIFUSIÓN Y CAPACITACIÓN. Realiza acciones de difusión y capacitación sobre tecnología del hormigón y sus aplicaciones, labor que desarrolla a través de: - cursos, conferencias y seminarios, adaptados a personas de diversos niveles de preparación profesional. - publicaciones. En la actualidad se ofrecen al mercado tres series de publicaciones: - Serie Manuales: documentos técnicos que pueden ser utilizados para estudio académico y para resolver problemas en obras. Tratan de los diversos temas sobre la tecnología del hormigón, del diseño y de la construcción. - Serie Aportes Técnicos: documentos destinados a resolver problemas específicos en obra, así como también dan herramientas de diseño en hormigón armado. - Serie Cartillas: documentos de recomendaciones generales destinadas a resolver problemas en obras. En este contexto se inserta el Boletín Hormigón al Día, publicación que viene a satisfacer una necesidad dentro del mercado de la construcción. Este documento está dirigido a personas y empresas relacionadas con la construcción, que laboran día a día con el material hormigón, y que en su labor deben resolver situaciones y problemas simples y complejos comunes a toda obra de construcción. El Boletín Hormigón al Día lo mantendrá al tanto de las técnicas modernas de construcción, tecnología del hormigón, diseño en hormigón, normativas, control de calidad, estadísticas de la construcción, obras de importancia en el sector, eventos nacionales e Internacionales etc... Este boletín será de carácter trimestral y esta diseñado para ser coleccionable a través del tiempo.
Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
VISION COMPARATIVA DEL CONSUMO DE CEMENTO EN SUD AMERICA El presente artículo da una visión comparativa actual del consumo de cemento entre los países Sudamericanos y de éstos respecto al mundo. El año de la comparación es 1988, sin embargo se dan cifras más actualizadas con respecto a Chile. Una evolución histórica de la producción y del consumo de cemento se pueden encontrar en otras publicaciones1. El cemento está reconocido como el líder de los materiales de construcción y es el más utilizado para materializar las obras de Infraestructura de un país, por lo cual el consumo per cáplta es un índice que permite señalar el grado de desarrollo de una nación. Es así como países altamente desarrollados, presentan un elevado consumo de cemento por habitante. Por ejemplo en 1988 EstadosUnidos consumió 343 kg/hab., España 581 kg/hab., Francia 432 kg/hab., Italia 701 kg/ hab. y la URSS 483 kg/hab. Por el contrario, países o continentes con bajo grado de desarrollo, poseen un bajo consumo de cemento. Por ejemplo África consumió 90 kg/hab. En 1988 el consumo per cápita mundial fue de 217 kg/hab y este continente alcanzó248 kg/hab. Dentrodel continente americano, Norte América, compuesto por Estados Unidos y Canadá, consume la mayor parte del total continental con un 54,2% y en segundo lugar Sud América consume el 28,7%, sin embargo posee el más bajo consumo de cemento por habitante.
CONSUMO DE CEMENTO EN EL MUNDO 1988 América (15.6%) 248 kg/hab
Es sabido que Chile ha alcanzado un buen nivel de desarrollo en el contexto Sudamericano, sin embargo posee el 7g lugar en el ranking del consumo de cemento por habitante y esta por debajo de la media regional que es de 175 kg/hab. En el año 1990 el país consumió 2,049 millones de toneladas a una razón de 156 kg/hab. 1
Sergio Shiavetto, Revista Cemento Hormigón N8 684, pp. 972 - 989. Marcelo Bullemore, Vil Jornadas Chilenas del Hormigón, Tomo 2, pp. 24 - 26.
África (4.9%) 90 kg/hab
Asia (54.8%) 190 kg/hab
Europa (23.8%) 481 kg/hab
1.110 Millones de Tons. CONSUMO DE CEMENTO EN AMERICA 1988 Centro Am. (12.3%) 194 kg/hab Sud Am. (28.7%) 175 kg/hab
Se presenta en la tabla contigua un ranklng del Consumo de Cemento de los países Sudamericanos. La calidad de vida de la población de un país dependerá siempre de la calidad de su casa habitación. Construcciones definitivas y estables que utilizan cemento y sus derivados, contribuyen principalmente a esto. También se presenta como un factor de calidad de vida el uso de pavimentos de hormigón, tanto en carreteras, caminos y en calzadas urbanas, debido a su gran durabilidad, seguridad de tránsito, bajos costos de conservación y excelente comportamiento en diversas condiciones de clima y terreno.
Oceanía (0.8%) 350 kg/hab
Norte Am. (54.2%) 346 kg/hab
El Caribe (4.7%) 262 kg/hab
174 Millones de Tons. Consumo de Cemento en Sud América (1988). PAÍS
Venezuela Ecuador Colombia Argentina Brasil Uruguay Chile Perú Paraguay Bolivia Fte: Cembureau
CONSUMO de
CONSUMO de
CEMENTO
CEMENTO
kg/hab
Millones de Tons.
278 206 189 180 175 148 146 117 72 66
5,22 2,10 5,71 5,77 25,33 0,46 1,88 2,50 0,29 0,46
(10,5%) ( 4,2%) (11,5%) (11,6%) (50,9%) ( 0,9%) ( 3,8%) ( 5,0%) ( 0,6%) ( 1,0%)
FABRICACIÓN Y CLASIFICACIÓN DE CEMENTOS EN CHILE Nuestro país fue el primero de Sud América, en el ano 1908, que produjo cemento empleando las materias primas que permitieron empezar ofreciendo al mercado el tipo Portland clásico, que es la base de lafabricación de otros conglomerantes llamados cementos con adiciones (puzolánicos, siderúrgicos, etc.). Actualmente existen en nuestro país cuatro fábricas de cemento cuyo producto cumple holgadamente con las especificaciones generales de la normalización chilena, NCh 148. Of 68. FABRICACIÓN En síntesis se puede decir que es posible distinguir dos etapas bien definidas en el proceso de producción del cemento:
sertanto minerales de origen natural, como productos industriales que deben contener componentes calcáreos, arcillosos y correctores. Para que se produzcan las reacciones químicas que dan lugar a la formación de los compuestos mineralógicos del clínquer la temperatura en el horno a la que se produce la clinquerización debe fluctuar entre los 1.400 y 1.500 °C . Las fábricas de cemento nacionales emplean hornos cilindricos rotatorios cuyas dimensiones varían entre 3 y 4.5 m de diámetro y 45 a 75 m de longitud en inclinaciones de entre 3 a5% respecto a la horizontal. Estas variables dependen, entre otros aspectos, de la capacidad de producción proyectaday de las instalaciones parael tratamiento previo que se le da a las materias primas. Del clínquer obtenido pueden distinguirse los siguientes compuestos mineralógicos principales:
a) fabricación de clínquer b) molienda de cemento El clínquer es el producto que sale del horno y está formado escencialmente por silicatos calcicos. Su obtención se logra por calentamiento hasta fusión incipiente de una mezcla homogénea, finamente molida y adecuadamente dosificada formada principalmente por óxido de calcio (Ca 0) y de silicio (Si 02) y además por óxidos de aluminio (AI2 03) y fierro (Fe203) en proporsiones menores. Las materias primas necesarias para la fabricación del clínquer pueden
NOMBRE
FORMULA
Silicato tricálcico (alita) Silicato bicálcico (belita) Alumínalo tricálcico Ferroaluminato tetracálcico
3CaO»S¡0 2 . 2CaO • Si 02 3CaO • AI2 03 4CaO • AI2 03 • Fe203
NOMENCLATURA
C3S C2S C3A C4AF
Las características de estos compuestos principales, cuya proporción definen las del cemento, pueden resumirse en la siguiente tabla:
Compuesto
Fraguado
Desarrollo de la Resistencia
Contribución a la Resistencia
Calor de Hidratación
Estabilidad Química
C3S
Rápido
Rápido
Alto
Buena
C2S
Lento
Lento
Regular
Muy buena
C3A
Muy rápido
Muy rápido
Alta (a poca edad) Alta (a mayor edad) Poca
Muy alto
Mala
C4AF
Lento
Lento
Muy poca
Bajo
Buena
En los cementos chilenos, aproximadamente 75% del clínquer esta constituido por C3 S + C2 S. La molienda de cemento que se realiza en molinos de bolas, de circuito abierto o cerrado, es otra etapa de importancia en el proceso, puesto que en ella se reduce el tamaño de los pellet de clínquer y al mismo tiempo se mezcla con el yeso y las adiciones para obtener un polvo fino de menos de 150micrones. TIPOS DE CEMENTO La normalización chilena no distingue oficialmente cementos diversificados por lo que los clasifica de acuerdo a los siguientes aspectos: a) Según la cantidad y calidad del agregado que contienen lo cual se puede organizar en la siguiente tabla:
&
Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
Clasificación de los Cementos Nacionales Proporción de los Componentes
Denominación: Cemento Cllnquer + yeso Porteño1 Portland puzolánico Portland siderúrgico Puzolánico Siderúrgico
Escoria alto horno
Puzolana
100% > 70% > 70% 50 - 70% 25-70%
< 30% < 30% 30 - 50% 30 - 75%
b) Según la resistencia: Cemento corriente y Cemento de alta resistencia. En general se logran estas propiedades variando su finura de molienda y la proporción del agregado que contienen. De esta forma los cementos corrientes son más gruesos y contienen mayor cantidad de agregado puzolánico o siderúrgico. Clasificación por Grado de los Cementos Nacionales TIPO DE CEMENTO Portland con Agregado Siderúrgico
Portland FABRICANTE Grado Corriente Cementos Bío Bío Cemento Inacesa Cemento Melón Cemento Polpaico
Grado Alta Resistencia
Grado Corriente
Grado Alta Resistencia
Bío Bío Especial
Bío Bío Alta Resistencia
Melón Super Polpaico Portland
Portland con Agregado Puzolánico Grado Corriente
Grado Alta Resistencia
• Inacesa Especial • Melón Especial • Polpaico Especial
Inacesa Alta Resistencia Melón Extra Polpaico 400 Polpaico P-10
DIAGRAMA SIMPLIFICADO DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE CEMENTOS EN CHILE PREPARACIÓN DE CRUDO
FABRICACIÓN DEL CLINKER
MOLIENDA Y DESPACHO
COMENTARIOS A LA NORMA NCh 170. Of 85 HORMIGÓN - REQUISITOS GENERALES Estos comentarios de tipo general, están dirigidos principalmente a recalcar los criterios que la Norma en referencia introduce en relación a los que regían en las versiones anteriormente vigentes desde 1952 para las norma NCh 170 y 172, a las cuales anula y reemplaza. El objetivo es motivar el uso de las técnicas actuales en relación a los requisitos que deben cumplir los hormigones utilizados en la construcción de obras de ingeniería en nuestro país. Dada lamagnitud de los cambios que introduce lanueva versión, loque significan y el alcance deestearticulo.no es posible referirse en detalle a todos ellos, por lo que se analizan los más significativos, pudiendo considerarse como tales los que se exponen a continuación.
1
NUEVA CLASIFICACIÓN DE LOS HORMIGONES POR SU RESISTENCIA
Las resistencias, clasificadas en CLASES A, B, C, D y E eran considerados como mínimos absolutos, no siendo aceptables valores inferiores a ellos (criterio determinístico). La nueva versión de la norma especifica, en cambio, GRADOS para resistencia a compresión y para flexión, siendo la nueva gama de valores la siguiente:
Compresión Grados : H5 H10 H15 H20 H25 H30 H35 H40 H45 H50. Flexión Grados : HF3
HF3.5
HF4
HF4.5 HF5
HF5.5
HF6.
Las clasificaciones en grados indicadas, se refieren a resistencias especificadas, concepto que se aclara posteriormente, expresados en megapascales (MPa), por ejemplo, H25 = 25 MPa = 250 kg/cm2, confeccionadas para compresión en probetas cúbicas de 20 cm de arista según norma NCh 1017, mientras que para flexotracción en probetas de d = 15 cm de acuerdo a norma NCh 1017 y ensayadas según NCh 1037 y 1038 respectivamente a los 28 días de edad. El cumplimiento de los valores de resistencia señalados es, por otra parte, de tipo probabilísimo, es decir se acepta que existan valores inferiores a los grados especificados, para lo cual se definen tres tipos de resistencia. a) Resistencia especificada (fc), que corresponde a la establecida por el Proyectista de la obra en base a los grados antes indicados. Este valor de resistencia debe ir acompañado por una tolerancia de valores inferiores a ella, designada como fracción defectuosa.
Jo, Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
b) Resistencia media requerida (fr), que corresponde al valor de resistencia que debe utilizarse para estudiar la dosificación del hormigón, en particular para definir su razón agua/cemento. Esta resistencia debe garantizar el cumplimiento de la resistencia especificada con la fracción defectuosa definida, basándose en la siguiente relación:'
donde: t =
coeficiente correspondiente al fractil de curva normal según fracción defectuosa especificada.
s =
desviación standard probable, según nivel de control esperado en la obra. Los valores de t y s se pueden encontrar en el anexo C de la norma NCh 170. Of 85.
2.1 Determinación de la razón agua/cemento requerida.
La razón agua/cemento del hormigón debe determinarse en base a la resistencia requerida, fr. Para este objeto, deberá utilizarse alguno de c) Resistencia característica (fk), corresponde al valor calculado los siguientes elementos de juicio: mediante la expresión siguiente: a) Estadísticas de resistencias obtenidas en obra con hormigones de características similares. b) Preparación de mezclas de prueba en laboratorio que cubran una gama de por lo menos tres razones agua/cemento, de la cual se donde: f m = resistencia media de las muestras de la obra, interpolará la razón aplicable al hormigón en estudio. s, = desviación standard de las muestras de la obra. c) De acuerdo a una tabulación presentada en la Tabla 3 de la norma. Estos valores de fm y s1 debe calcularse con el procedimiento que Debe señalarse que los valores indicados en ella son mas bien para este objeto establezcan las Especificaciones Particulares de conservadores. la Obra. En el caso de hormigones expuestos a condiciones ambientales El valor obtenido para fk deben compararse con la resistencia es- desfavorables; humedad continua, hielo y deshielo frecuente, contacto pecificada. Si es inferior a ésta (f k <f c ) ello indicará que lafracción con aguas agresivas, suelos o ambientes salinos, la razón agua/ defectuosa es mayor a la especificada por el proyectista, debido a cemento no será superior a los valores indicados en la Tabla 4 de la que la desviación de los resultados de obra (s,) es superior al valor norma. estimado (s) o bien, la resistencia media real (fm) es inferior a la requerida (fr), y será necesario, en consecuencia, mejorar el nivel de control de calidad o aumentar la dosis de cemento empleada, 2.2 Dosis mínima de cemento. entre otras medidas, para aumentar la resistencia. La actual versión de la norma varía los valores de las dosis mínimas de 2
NUEVOS CRITERIOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DOSIFICACIÓN DEL HORMIGÓN.
Para la determinación de la dosificación del hormigón que se utilizara en obra, se establecen las siguientes condiciones específicas:
cemento establecidas en la versión anterior, fijándolas en los siguientes: a) Hormigón armado (de grado igual o superior a H20): 240 kg/m3 para hormigones protegidos de la intemperie. 270 kg/m3 para hormigones a la intemperie.
3.2 Protección y curado del hormigón. En este aspecto, además de precisar los procedimientos utilizables y los plazos para el curado del hormigón en condiciones normales de temperatura, la norma introduce el concepto de período de protección para el hormigón expuesto a bajas temperaturas, inferiores a 5°C. Para este objeto, establece plazos mínimos, dependientes de la temperatura ambiente media y de la condición de carga del elemento, durante los cuales debe protegerse para mantener unatemperatura mínima dependiente del espesor del elemento a hormigonar. Estos plazos oscilan entre 1 díay 6 días para situaciones de carga normales, pudiendo llegar hasta 29 días en elementos estructurales sometidos a temperaturas inferiores a -9 °C. b) Hormigones no sometidos a control (sólo hormigones simples o armados de grado inferior a H20): 170 kg/m3 para hormigones simples. 300 kg/m3 para hormigones armados. 3
ESTIPULACIONES SOBRE EL USO DEL HORMIGÓN EN OBRA.
La nueva versión de NCh 170 actualiza los conceptos más importantes en relación con el adecuado uso del hormigón en obra. En relación con esta materia pueden señalarse los siguientes antecedentes de interés. 3.1 Fabricación del hormigón. En relación a la medición de los materiales, se acepta hacerlo en volumen sólo para hormigones de grado igual o inferior a H20 y se indican tolerancias para la precisión de las medidas (1 % para cemento y agua y 3% para los áridos y adiciones), valores que, sin ser excesivamente estrictos, harán necesario el empleo de equipos o procedimientos que no son totalmente habituales en las obras medianas o pequeñas de nuestro país, aún cuando tampoco difíciles de ¡mplementar como es el caso del empleo de romanas sencillas para la medición en peso. En lo que concierne al amasado de los hormigones, se acepta efectuarlo en forma manual sólo para hormigones de grado H5, lo cual implica como consecuencia práctica que el amasado debe hacerse exclusivamente por medios mecánicos, incluso para obras de pequeña magnitud.
Adicionalmente a los conceptos anteriores, que corresponden al cuerpo principal de la norma, ella incluye ocho anexos que versan sobre los conocimientos más importantes de la tecnología del hormigón relacionados con los términos contenidos en la norma. Estos anexos son los siguientes: Anexo A. Factores de conversión para probetas de compresión. Anexo B. Elección del grado del hormigón y correspondencia aproximada con norma anterior. Anexo C. Recomendaciones para dosificación del hormigón. Anexo D. Hormigonado con bajas temperaturas. Anexo E. Hormigonado en tiempo seco y caluroso. Anexo F. Hormigonado bajo agua. Anexo G. Recomendaciones para hormigonado en ambientes agresivos. Anexo H. Juntas de hormigonado. 4
CONCLUSIÓN FINAL
La norma NCh 170 representa un buen esfuerzo para adecuar las prácticas en uso en nuestro país a las tecnologías actualmente utilizadas para la construcción de las obras en hormigón. Para este objeto se han completado y precisado numerosos aspectos, que en sus versiones anteriores no estaban debidamente expuestos o considerados. Por este motivo, alcanza una extensión importante de nuevas materias, sin que ello implique una mayor estrictez general de conceptos o exigencias, sino por el contrario, al introducir una mayor precisión en ellos debería permitir, si se aplican adecuadamente, la generación de especificaciones de trabajo proporcionados a la importancia relativa de cada obra en particular.
Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón
ENTREVISTA AL GERENTE GENERAL DEL INSTITUTO CHILENO DEL CEMENTO Y DEL HORMIGÓN El Gerente General del Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón (ICH), Ingeniero Civil Químico Sr. Osear Jadue Salvador nos entrega a continuación antecedentes de la labor de esta Institución. ¿Cuál es la labor del ICH? La labor del Instituto es el de promover el mejor uso del cemento y de su principal derivado que es el hormigón, así como también se promueven las nuevas tecnologías de aplicación de este material. En este contexto el ICH tiene dos áreas de acción bien definidas, éstas son el área de pavimentos y el área de la vivienda. Existen también otras dos nuevas áreas en las cuales se está trabajando, éstas son el de acercamiento a arquitectos y la difusión hacia el consumo hormiga o consumo atomizado de cemento.
¿Qué es y qué se está haciendo en el área del consumo hormiga?
Siendo más concreto, ¿en qué se trabaja con respecto a los pavimentos? Esta es una área importante de trabajo ya que cerca del 20 % del consumo nacional de cemento está en este sector. Concretamente se esta continuando con la difusión del Hormigón Compactado con Rodillo (HCR) como una tecnología eficaz en la construcción de pavimentos viales, urbanos, caminos industriales y muros gravitacionales. Durante el año deseamos demostrar a las autoridades estatales y empresarios privados las ventajas técnico-económicas de los pavimentos de hormigón respecto de pavimentos flexibles. Nosotros estamos convencidos de lo anterior y tenemos las herramientas técnicas para demostrarlo. Sucede que muchas veces en las evaluaciones económicas de las propuestas viales, no se considera el ítem conservación. Es allí donde los pavimentos de hormigón tienen una clara ventaja debido a sus bajos costos. ¿Y en el área de la vivienda? Mantendremos este año el acercamiento logrado ante el Ministerio de la Vivienda y Urbanismo. También se continuará dando asesoría técnicaa obras en construcción. Hemos descubierto con gran satisfacción que las obras asesoradas por nuestro Instituto han logrado solucionar problemas propios de la construcción asícomo han permitido aumentar la productividad.
8
Por otra parte se estará atento a colaborar con investigaciones y a desarrollar las nuevas tecnologías, como por ejemplo el uso del Ferrocemento como una buena solución para la vivienda económica. Aunque bien sabemos que el uso del Ferrocemento no se limita solo a lavivienda, sino también se utiliza para lafabricación de embarcaciones, silos, bóvedas, estanques, canales, etc.
El consumo hormiga o consumo atomizado decementoesaquel que hacen los pequeños consumidores para ampliar o reparar sus viviendas y otras obras menores. Este ítem es mas del 20 % del consumo nacional. Durante 1991 la acción estará centrada hacia dar capacitación a los Liceos Técnicos, con el objeto de mejorar el grado de preparación, con el fin de que estos futuros técnicos usen en buena forma este material. También elaboraremos estudios comparativos de soluciones para ampliaciones y reparaciones en la vivienda. El objetivo es lograr un mejor standard de vida para la población a través de su casa habitación. ¿Y el acercamiento a arquitectos? Nos hemos percatado de la importancia que tiene el arquitecto en el diseño de obras de edificación que utilizan hormigón. Queremos que nuestros estudiantes de arquitectura aprendan más sobre el este material y logren desarrollar más y mejores proyectos en base al hormigón. Por otra parte continuaremos aportando artículos técnicos a la revista del Colegio de Arquitectos y editaremos más dxumentos de arquitectura similaresa la exitosa publicación dedicada al connotado arquitecto japonés Tadao Ando en su reciente visita a Chile. Para terminar quiero referirme al Premio a la Calidad que otorga este Instituto anualmente a la persona o entidad que se destaque en el uso del hormigón. Ya se han entregado dos premios. En 1989 se otorgó a ENDESA por su dilatada trayectoria nacional desarrollando grandes obras utilizando el hormigón. En 1990 se otorgó al distinguido arquitecto Sr. Oreste Depetris Ivulich, por su fecunda labor en el diseño, construcción y dirección de importantes obras construidas con elementos prefabricados de hormigón. El ICH continuará en 1991 con la entrega de este premio aempresas o personas destacadas en nuestra área.
FECHA
LUGAR
INSTIT. ORGANIZ.
EVENTO
INTERNACIONALES
20-23 de Mayo 1991
México D. F. México
IEEE
1991 IEEE Cement Industry Technical Conference.
NACIONALES
4-7 de Junio 1991
Santiago Chile
U. de CHILE
Nuevos Horizontes en Movimiento Fuerte: Estudios Sísmicos y Práctica de la Ingeniería