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INGENIERÍA SISMORESISTENTE

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

INGENIERÍA SISMORRESISTENTE CAPITULO I LA CONFIGURACIÓN 1. INTRODUCCIÓN El análisis de un edificio considera en primera instancia las cargas de gravedad o estáticas, entre ellas las cargas muertas (peso propio, piso terminado y cielo raso) las cargas vivas o sobrecargas sobrecargas (personas, equipos, mobiliario, etc.). Las estructuras de un edificio ubicado en un área sísmica debe considerar en su análisis además de las cargas de gravedad, las cargas dinámicas o las que genera el sismo. La estructura de un edificio o de cualquier otra obra civil sometida a la acción de un sismo sufre deformaciones, se haya previsto la estructura para resistir un sismo o no. Los movimientos del terreno arrastran al edificio, que se mueve como un péndulo péndulo invertido.

Los movimientos del edificio son complejos, dependen del tamaño del edificio, las cargas o pesos en cada piso, características del terreno de fundación, geometría del edificio, materiales estructurales y no estructurales estructurales usados, usados, etc. Por estos motivos el diseño diseño de una estructura sismo resistente debe arrancar desde el instante i nstante en que nace el proyecto. Desde una mega estructura hasta una vivienda familiar se debe tener en cuenta los elementos estructurales que son necesarios para la estabilidad de cargas gravitatorias combinadas con cargas sísmicas, para ello, toda construcción debe tener elementos verticales y horizontales, lineales o planos, que pueden ser integrados en la estructura y que serán capaces de absorber las cargas sísmicas.

2. CONFIGURACIÓN DEL EDIFICIO La configuración es el conjunto de características geométricas que tiene toda estructura o edificio, y que según como se ha diseñado será su comportamiento ante las cargas gravitatorias o estáticas y las cargas dinámicas o de sismo. Por tanto: “La configuración se refiere a la forma del edificio en su conjunto, a su tamaño, naturaleza y ubicación de los elementos resistentes o estructurales y los no estructurales”. Ing. Germán J. Carrera Cano

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Al concebir la configuración de un edificio, el arquitecto influye e incluso determina los tipos de sistemas resistentes que se pueden usar y más aún la medida en que serán usados. Muchos errores de ingeniería que ocasionan daños graves o colapso en una edificación, se originan como fallas de configuración o de diseño arquitectónico. Si desde un principio se tiene una configuración deficiente, todo lo que puede hacer el ingeniero es poner un parche (mejorar una solución básicamente deficiente lo mejor posible). En cambio, si se empieza con una buena configuración arquitectónica y un esquema estructural razonable, incluso un ingeniero poco brillante no perjudicará demasiado el comportamiento final del edificio sometido a este tipo de carga.

3. IMPORTANCIA DE LA CONFIGURACIÓN La importancia de una configuración adecuada se destaca haciendo un sencillo análisis: Para cargas estáticas, una carga sobre una viga es soportada por ésta pero trasmitida a otros elementos estructurales como las columnas o muros portantes hasta llegar al suelo. El caso de cargas sísmicas no es tan simple, los sismos producen esfuerzos que fluctúan rápidamente, y para calcularlos necesitamos conocer las características dinámicas del edificio.

El carácter vibratorio caótico de los sismos, como las deficiencias de los métodos de cálculo utilizados en el análisis estructural sismo-resistente, nos obliga a aconsejar el máximo cuidado en la elección de la configuración y la evaluación de cada uno de los parámetros involucrados, durante la acción sísmica.

4. CRITERIOS DE DISEÑO Las distribuciones estéticas agradables y el aprovechamiento eficiente de los espacios, hace que el trabajo conjunto entre arquitectos e ingenieros proporcione construcciones variadas pero seguras. La configuración de un edificio debe cumplir con algunas características:

a) Simplicidad y simetría La experiencia demuestra que las estructuras simples y simétricas se comportan mejor durante un sismo, primero porque la capacidad para predecir el comportamiento de una estructura es mayor para estructuras simpes que para complejas y segundo porque la Ing. Germán J. Carrera Cano

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capacidad para diseñar elementos estructurales es mayor para estructuras simples que para estructuras complejas. La falta de simetría en planta provoca torsiones con respecto a la base debido a que el centro de masa (gravedad) y el centro de rigidez (fuerza resultante) no coinciden, esto hace que los efectos sean difíciles de evaluar y con resultados destructivos.

b) Uniformidad y continuidad Las estructuras deben ser uniformes tanto en planta como en elevación, esto para que no cambie bruscamente la rigidez vertical. Estos elementos deben ser continuos en toda su longitud, evitando el desplazamiento de ejes o la reducción de su sección transversal que sólo generan concentración de esfuerzos y pisos débiles, que complican su comportamiento.

c) Hiperestaticidad y monolitismo Se debe procurar la mayor cantidad de empotramientos en la cimentación y en uniones de vigas y columnas (nudos), además, vaciar los elementos estructurales al mismo tiempo para consolidarse en un solo elemento monolítico, esto hará que se comporte de manera rígida y aumentará su resistencia. En el caso de pórticos, éstos tienen dificultades en el proceso constructivo ya que presentan un gran congestionamiento de acero en los nudos y los debilitan, pudiendo convertirse en articulaciones flexibles, dúctiles o plásticas que permiten grandes desplazamientos en los pisos superiores, lo que obliga a tener cuidado en su diseño.

d) Rigidez lateral Los elementos estructurales deben estar configurados de tal manera que aporten rigidez lateral en sus dos direcciones principales que eviten grandes desplazamientos en los pisos Ing. Germán J. Carrera Cano

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superiores y aumenten el valor del momento en la base. Debe considerarse la presencia de placas, muros de corte o muros portantes perfectamente arriostrados en los dos sentidos. La presencia de elementos no estructurales (tabiques, parapetos, etc.) que a menudo no se pueden separar completamente de la estructura y tiene que interactuar con ella complican enormemente el análisis estructural formándose zonas críticas como las columnas cortas.

e) Diafragma rígido y cimentación Los diafragmas son membranas o láminas que no se deforman axialmente ni se flexionan ante cargas contenidas en su plano, se denomina así a las losas o techos. Debe preferirse edificaciones con losas rígidas que actúen como elementos que se integren a los muros o columnas y compatibilicen sus deformaciones. Se debe evitar losas con reducción de planta o que formen puentes y también losas muy alargadas. Los techos de estructura metálica o de madera con cobertura de calamina o parecido, no constituyen diafragmas rígidos por tal no arriostran horizontalmente a los muros o columnas.

f) Resistencia y ductilidad Los edificios deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar las cargas de gravedad, pero también lo suficientemente dúctiles para soportar cierto grado de movimiento o desplazamiento lateral (especialmente en pisos superiores) debido a las oscilaciones producidas durante un sismo que van a generar esfuerzos en la base que si superan su capacidad de resistencia romperán la estructura (elementos muy duros o resistentes se vuelven necesariamente frágiles), por lo tanto en el momento del diseño se debe combinar cierta capacidad de resistencia o dureza con cierta capacidad de ductilidad o deformación. Ing. Germán J. Carrera Cano

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Gran parte del problema se resolvería si todas las estructuras fueran de una forma simétrica y regular, considerando placas o muros de corte en dos sentidos y continuos en toda su longitud que garanticen la hiperestaticidad y aumenten la rigidez del edificio, losas que se comporten como membranas indeformables que arriostren los elementos verticales y considerando el espacio mínimo necesario para elementos estructurales que cumplan una función de rigidez pero al mismo tiempo sean dúctiles para absorber parte de la energía.

5. LOS REGLAMENTOS Y LA PREVENCIÓN DE DAÑOS ESTRUCTURALES Las enseñanzas que han dejado los movimientos sísmicos indican que en los países donde se diseña de acuerdo con una buena normativa sismo resistente, donde la construcción es sometida a una supervisión estricta y donde el diseño sísmico es representativo de la amenaza sísmica real de la zona, el daño sobre la infraestructura es bajo aunque real, en comparación con el observado en sitios donde no se han dado estas circunstancias. Es importante aclarar que el solo hecho de diseñar de acuerdo con un código no siempre previene contra el daño real producido por los terremotos. Los códigos sísmicos establecen requisitos mínimos para proteger la vida de los ocupantes, requisitos que muchas veces no garantizar el funcionamiento de la estructura después de la acción del sismo. Toda norma sismo resistente en consecuencia tiene como filosofía básica la prevención de daños a personas y no tanto el daño a las edificaciones, por ello, cuando el ingeniero diseña la estructuración, puede esperar el daño o la falla de los elementos estructurales pero hay que evitar el colapso o derrumbe del edificio como consecuencia directa del sismo. En el Perú la Norma para este caso es la E 030 “Diseño Sismo resistente” modificada el año 2016.

Ing. Germán J. Carrera Cano

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