CRITERIOS FUNDAMENTALES PARA EL DISEÑO SISMORRESISTENTE MARIANELA BLANCO Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingeniería, Ciclo Bá
[email protected] Recibido: agosto 2011 Recibido en forma final revisado: agosto 2012 RESUMEN Los sismos representan uno de los factores que ocasionan mayor número de problemas que deben resolver los profesionales de la ingeniería civil. El presente trabajo se realiza con la finalidad de indicar algunas recomendaciones mínimas que deben ser tomadas en cuenta tanto por ingenieros como por arquitectos, para lograr un mejor desempeño de las edificaciones de concreto armado ante la presencia de sismos. Se realizó una investigación y recopilación de información sobre el comportamiento sismorresistente de algunas edificaciones a nivel mundial, analizando las causas de los daños y la posible solución para disminuirlos en un futuro. Se analizaron algunas recomendaciones indicadas en nuestro país y en otros países, tanto en las normas vigentes, como en experiencias previas, para resumirlas y darles un punto de partida a los profesionales para lograr un diseño sismorresistente. El objetivo principal del diseño sismorresistente es salvar vidas y, adicionalmente, minimizar los daños materiales. La responsabilidad de los ingenieros para lograr dichos objetivos depende del diseño estructural, estudio de suelos, supervisión de los materiales utilizados y los procesos constructivos adecuados. Palabras clave: Sismorresistente, Riesgo, Amenaza, Vulnerabilidad, Estructuras. FUNDAMENTAL CRITERIA FOR THE SEISMIC-RESISTANT DESIGN ABSTRACT Earthquakes are the factor to consider during the buildings design, because they represent a big problem that the civil engineers have to solve. The following project was performed in order to indicate some recommendations to be taken in consideration by engineers and architects, to get a better performance of the reinforced concrete buildings during earthquakes. An investigation, about the seismic behavior of some buildings around the world, was performance to get the information and analyze the causes of damage of those structures and possible solutions to reduce the affectation in the future. Analyzed some recommendations in our country and other countries, considering current standards, as in previous experiences, to summarize and give them a starting point for professionals to achieve earthquake resistant design. The main objective of earthquake resistant design is to save lives and minimize further damage in structures and materials. The responsibility of engineers, to achieve these goals, depends on the structural design, soil survey, materials selection and appropriate construction processes. Keywords: Seismic-Resistant, Risk, Threat, Vulnerability, Structures INTRODUCCIÓN
Al examinar y analizar los daños sufridos por algunas estructuras luego de un evento símico, se puede concluir que los terremotos representan uno de los mayores problemas que deben considerar por los ingenieros. La vulnerabilidad de las estructuras depende de los posibles daños que puedan sufrir sus elementos estructurales más importantes ante un sismo, lo cual repercute en el comportamiento de todo el sistema. El planteamiento del problema se basa en el riesgo, que depende de la amenaza y la vulnerabilidad (RIESGO = AMENAZA x VULNERABILIDAD), al aumentar cualquiera de estos dos parámetros, o ambos a la vez, aumenta el riesgo de la estructura y resulta más difícil cumplir el objetivo de salvar vidas y propiedades. La incertidumbre es la principal característica del problema porque no se sabe cuándo y dónde va a ocurrir un sismo, tampoco su magnitud y duración. Cabe destacar que la contribución del sismo en las cargas puede controlar el diseño estructural. Es muy importante tener en cuenta que mientras los esquemas arquitectónicos – estructurales se alejan más de los esquemas simples, las edificaciones son más castigadas por los sismos. Lamentablemente, en muchos países las normas para el diseño Sismorresistente no son aplicadas en construcciones informales, lo cual repercute en elevar la vulnerabilidad de las estructuras. Al estudiar el comportamiento de edificaciones luego de un evento sísmico, se puede afirmar que cuando se toman en cuenta las normas de diseño sismorresistente, la construcción es debidamente supervisada y el sismo de diseño representa la amenaza sísmica real de la zona, los daños son considerablemente menores que en los casos en los cuales no se cumplen los requerimientos mínimos indispensables para tal fin. Sin embargo, es importante señalar que las normas sismorresistentes por sí solas no pueden garantizar la inexistencia de daños ante un terremoto severo, en ellas se establecen requisitos mínimos para proteger la vida de las personas que ocupan la edificación. El daño severo o el colapso de un gran número de estructuras durante sismos de alta intensidad, se debe a la falla de uno o varios elementos cuya ductilidad y resistencia no son suficientes. Algunos de los daños encontrados en columnas de estructuras castigadas por los movimientos sísmicos pueden ser grietas diagonales causadas por cortante y/o torsión, grietas verticales y aplastamiento del concreto causados por compresión, pandeo de las barras longitudinales por exceso de distanciamiento de las ligaduras y pérdida del recubrimiento en todos los casos mencionados. En vigas se evidencian grietas diagonales y rotura del acero transversal causadas por cortante y/o torsión, grietas verticales, rotura del acero longitudinal y aplastamiento del concreto por flexión. Las conexiones entre elementos estructurales son puntos críticos, aparecen grietas diagonales y fallas por adherencia entre el concreto y el acero, anclaje insuficiente del refuerzo longitudinal y esfuerzos excesivos de flexión. Las losas pueden presentar daños por punzonamiento alrededor de las columnas y grietas longitudinales perpendiculares al plano de flexión a lo largo de la placa, debido al exceso de flexión producida por el movimiento. Las irregularidades de alturas de entrepisos, que repercuten en cambios bruscos de rigidez entre pisos adyacentes, hacen que la absorción y disipación de la energía al momento del sismo se concentre en los pisos flexibles, produciendo sobresolicitación en los elementos estructurales. Las irregularidades en planta, de masa, rigidez y resistencia, pueden originar torsión, lo cual genera esfuerzos adicionales difíciles de evaluar. El objetivo principal del presente trabajo de investigación, es dar a los ingenieros que se inician en la profesión, un grupo de criterios mínimos necesarios para lograr
diseños sismorresistentes adecuados. Sensibilizar a los arquitectos en cuanto a la enorme responsabilidad del ingeniero y a la imperiosa necesidad del trabajo en equipo, para lograr que las estructuras cumplan sus funciones, salvar vidas y minimizar los daños materiales. Es importante señalar que es responsabilidad del ingeniero profundizar su investigación, según sea el caso, para calcular y detallar adecuadamente cada uno de los elementos de la estructura. METODOLOGÍA En la primera etapa se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva de los aspectos relacionados con el tema. En la segunda etapa se realizó una clasificación de los posibles problemas estructurales que se pueden presentar debido a los sismos y, simultáneamente, se exponen las posibles soluciones para evitar los problemas planteados previamente. PROBLEMAS DE CONFIGURACIÓN EN PLANTA Son problemas referentes a la distribución del espacio y la forma de la estructura en el plano horizontal. LONGITUD EN PLANTA La longitud en planta de una edificación, influye en la respuesta estructural ante la transmisión de ondas en el terreno producidas por el movimiento sísmico. A mayor longitud en planta empeora el comportamiento estructural, debido a que la respuesta de la estructura ante dichas ondas puede diferir considerablemente de un punto de apoyo a otro de la misma edificación. (Grases et al. 1987). Los edificios largos son más propensos a tener problemas debido a las componentes torsionales del movimiento del terreno (Figura 1). Recomendación práctica: L2 ⁄ L1 ≤ 2.3 (Cardona, 2004)
Para solucionar dicho problema se insertan juntas totales, de tal manera que cada una de las estructuras separadas se trate como una estructura corta (Grases et al. 1987). Estas juntas deben ser diseñadas para que no se produzcan choques entre las partes separadas, a consecuencia del movimiento independiente de cada una (Figura 2).
Recomendaciones prácticas: LMAX = 40 metros L2 ⁄ L1 ≤ 2.3 Si L2 ⁄ L1 > 2.3, se recomienda insertar al menos una junta total FORMA DE LA PLANTA La forma de la planta influye en la respuesta de la estructura ante la concentración de esfuerzos generada en ciertas partes, debido al movimiento sísmico. Los sitios más vulnerables son los ángulos de quiebre entre partes de la estructura, cuyo problema se puede resolver colocando apropiadamente las juntas totales mencionadas en el párrafo anterior. Algunos ejemplos de este caso y su posible solución se muestran a continuación (Figura 3):
Otras posibles soluciones para aminorar el problema son: Colocar elementos rigidizadores en las plantas en forma de H y U (Figura 4)
Modificar ligeramente la sección para suavizar el ángulo en la zona de quiebre (Figura 5)
Existen diversos criterios para considerar las plantas como regulares, basados en normativas de varios países, es importante señalar que es decisión del ingeniero cuan conservador va a ser su diseño (figura 6). La Norma Venezolana COVENIN 1756:2001 (Edificaciones Sismorresistentes) establece la limitación del 40% para el coeficiente de longitudes, si no se presentan otras condiciones negativas. En las normas norteamericanas (FEMA, 1997; ICC, 2000) se limitan los salientes o entrantes en 15 % y las europeas (Eurocódigo 8, 1998) establecen 25 %. (Se recomienda revisar exhaustivamente la Norma Venezolana) CRITERIO DE LA NORMA VENEZOLANA Si L1 < 0.4 L, se puede considerar Planta regular. CRITERIOS DE OTROS PAÍSES Criterio de la OPS (Organización Panamericana de la Salud), 2004. Si L1 < 0.2 L, se puede considerar Planta regular CRITERIO EUROPEO Si L1 < 0.25 L se puede considerar como una planta regular. Esta consideración es aplicable a las plantas en forma de E, T, L, H, entre otras.
PROBLEMAS DE CONFIGURACIÓN VERTICAL Son problemas referentes a las irregularidades verticales que al estar presentes en las edificaciones, ocasionan cambios bruscos de rigidez y masa entre pisos consecutivos, lo que se traduce en fuertes concentraciones de esfuerzos (Figuras 7 y 8). Deben evitarse, en lo posible, los escalonamientos y tratar que los cambios de un nivel a otro sean lo más suaves posibles, sobre todo en edificaciones tan importantes como hospitales y centros de salud. (Grases et al. 1987; Arnold & Reitherman, 1982)
(Fuente: www.area.com.pa/proyectos.php) La Norma venezolana establece ciertos criterios para clasificar las estructuras como irregulares verticalmente (Figura 9). Las edificaciones con aumento vertical significativo de dimensiones y de masas, requieren un análisis espacial ya que presentan problemas por los efectos dinámicos debido a los sismos (Grases et al. 1987).
PROBLEMAS DE CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL Son problemas inherentes al propio diseño estructural, que influyen directamente en el comportamiento de la edificación a lo largo de su vida útil y repercuten en el desempeño ante un evento sísmico. CONCENTRACIONES DE MASA Esto se refiere a problemas ocasionados por concentraciones de masa en algún nivel de la edificación, al colocar elementos de gran peso como equipos, tanques (Figura 10), piscinas, archivos, depósitos, entre otros. Debido al hecho de que el problema se agrava si dicha concentración se localiza en los pisos más elevados ya que a mayor altura, mayor aceleración sísmica de respuesta, se recomienda colocarlos en sótanos o en construcciones aisladas cercanas al edificio, para evitar el efecto de péndulo invertido (Cardona, 2004).
COLUMNAS DÉBILES Las columnas son de vital importancia dentro del sistema estructural, debido a que transmiten las cargas a las fundaciones y mantienes al edificio en pie. Si bien en el diseño sismorresistente se tolera cierto nivel de daños, se debe prever que si éstos aparecen es preferible que sea en las vigas y no en las columnas. En la viga se genera una falla local que afecta principalmente al piso afectado. En la columna la falla afecta a toda la estructura, pudiendo ocasionar el colapso de la misma. El diseño ideal es Columna fuerte – Viga débil, en el cálculo se debe verificar que el momento resistente total en la columna dividido entre el de las vigas sea mayor o igual a 1,20. En la Figura 11 se muestra un edificio en construcción, donde se evidencia un diseño inadecuado ya que las dimensiones de las columnas son significativamente inferiores a la altura de las vigas.
COLUMNAS CORTAS Al analizar y estudiar el comportamiento de edificaciones bajo la acción sísmica, se ha observado que algunas columnas presentan grietas a 45º (Figura 12), lo que indica una falla frágil. La columna diseñada como dúctil, se convierte en frágil y falla la zona no confinada. La falla se debe al hecho de que las columnas de un mismo nivel presentan similar desplazamiento lateral durante un sismo, sin embargo al ser las columnas cortas más rígidas absorben mucha más fuerza lateral (Bachmann, 2003).
Uno de los problemas podría ser por aumento de la fuerza cortante en la columna, que es igual a la suma de los momentos flectores de los extremos dividido entre la longitud libre. Si la longitud libre se ve disminuida, la fuerza cortante aumenta de manera inversamente proporcional. Es decir, que si la longitud libre se reduce en una tercera parte, la fuerza cortante aumenta tres veces (Figura 13).
Este efecto puede ocurrir en los siguientes casos:
Columnas con diferentes alturas libres en un mismo piso de una edificación. La fuerza cortante es mayor en las más cortas. Ubicación del edificio en terrenos inclinados. Disposición de losas en niveles intermedios. Confinamiento parcial lateral en la altura de la columna por paredes, muros divisorios o de fachada, entre otros, cuando las dimensiones de su sección transversal son pequeñas. Por la ruptura de una parte de la pared adyacente a la columna. En la Figura 14 se muestra el excelente desempeño sismorresistente de una escuela antigua en Palpa-Perú, durante el sismo del 12 de noviembre de 1996, debido al adecuado confinamiento de las columnas. Gracias al ancho de las paredes adyacentes a las ventanas, se evitó el efecto de columna-corta.
Figura 14. Confinamiento adecuado de columnas. (Fuente: Quiun, 2005) PISOS DÉBILES Algunos sistemas arquitectónicos conllevan a la formación de pisos cuya rigidez y/o resistencia es significativamente menor que la del resto de los niveles, haciéndolos más vulnerables. Esto se puede atribuir a la diferencia de altura entre pisos consecutivos (Figuras 15, 16 y 17) o a la ausencia de algún elemento estructural. La ausencia o falta de continuidad de columnas, ha sido una causa de muchos
colapsos de estructuras sometidas a movimientos sísmicos. (Grases et al. 1987; Arnold & Reitherman, 1982)
EXCESIVA FLEXIBILIDAD ESTRUCTURAL En el diseño debe garantizarse que la edificación resista los efectos del movimiento sísmico, y también minimizar los daños en elementos no estructurales, juntas, escaleras, entre otros, debido a los desplazamientos laterales. Las edificaciones excesivamente flexibles, son más susceptibles a sufrir grandes desplazamientos laterales entre niveles consecutivos, por el movimiento debido a fuerzas sísmicas. A dichos desplazamientos relativos se les conoce como deriva y deben ser controlados en el diseño según las especificaciones normativas. (Grases et al. 1987; Arnold & Reitherman, 1982) Las principales causas de la flexibilidad estructural son: Excesiva distancia libre entre elementos verticales (luces o vanos) Altura libre entre niveles consecutivos Poca rigidez de elementos verticales Discontinuidad de elementos verticales (Figuras 18 y 19)
Figura 19. Colapso de cornisa en Hotel Radisson. Terremoto de Quillahua – Chile ( 2007) (Fuente: https://listas.us.es/mailman/listinfo/enciclo) EXCESIVA FLEXIBILIDAD DE DIAFRAGMAS Una configuración estructural adecuada se logra, entre otras consideraciones, conectando las líneas resistentes con diafragmas rígidos, para lograr deformaciones uniformes (Figura 20). Es importante resaltar que considerar rígidos los diafragmas
representa una hipótesis de cálculo. El comportamiento flexible del diafragma se debe a las siguientes razones: Material inadecuado o espesor insuficiente. Este tipo de elementos trabaja a flexión en su plano y sus deformaciones laterales pueden aumentar significativamente, si la relación entre el largo y el ancho del diafragma es mayor a 5. Si el diafragma presenta aberturas para iluminación, ventilación, entre otras, cuya área sea mayor al 20 % del área total, se pueden presentar dentro de él zonas flexibles que afectan la conexión rígida entre elementos verticales. Una forma de solucionar este problema es colocar adecuadamente elementos rigidizadores en las aberturas. En la Norma Venezolana: COVENIN 1756-1:2001 Edificaciones Sismorresistentes, se especifica que un diafragma se considera flexible cuando: i) La rigidez en su plano sea menor a la de una losa equivalente de concreto armado de 4 cm. de espesor y la relación largo/ancho no sea mayor que 4,5. ii) Un número significativo de plantas tenga entrantes cuya menor longitud exceda el cuarenta por ciento (40 %) de la dimensión del menor rectángulo que inscribe a la planta, medida paralelamente a la dirección del entrante; o cuando el área de dichos entrantes supere el treinta por ciento (30 %) del área del citado rectángulo circunscrito. iii) Las plantas presenten un área total de aberturas internas que rebasen el veinte por ciento (20 %) del área bruta de las plantas. iv) Existan aberturas prominentes adyacentes a planos Sismorresistentes importantes o, en general, cuando se carezca de conexiones adecuadas con ellos. v) En alguna planta el cociente largo/ancho del menor rectángulo que inscriba a dicha planta sea menor que 5.
COLUMNAS NO ALINEADAS
Cuando varias de las columnas no están alineadas con los ejes predominantes de la estructura, se dice que no existe claridad estructural (Figura 21).
Esto impide que se puedan determinar con mayor precisión las acciones sobre los elementos de la estructura. Además se introducen efectos secundarios en el diafragma, que producen agrietamiento por concentración de esfuerzos (Arnold & Reitherman, 1982). DIRECCIÓN POCO RESISTENTE A FUERZAS HORIZONTALES En general debe alternarse la orientación de los elementos verticales, para que las rigideces laterales sean similares (Figura 22), (Grases et al. 1987). Cuando la menor dimensión de todas o la mayoría de las columnas rectangulares de una edificación se encuentran orientadas en la misma dirección, ésta es poco resistente a fuerzas horizontales debido a sismo (Figura 23 y 24).
TORSIÓN La torsión ha sido la causa de importantes daños y, en algunos casos, colapso de edificaciones sometidas a fuertes movimientos sísmicos. Se presenta por la excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez. Cuando en una configuración, el centro de masa coincide con el centro de rigidez, se dice que existe simetría estructural. A medida de que el edificio sea más simétrico, se reducirá su tendencia a sufrir concentraciones de esfuerzos y torsión, y su comportamiento ante cargas sísmicas será menos difícil de analizar y más predecible. La simetría va desde la geometría de la forma exterior, hasta las distribuciones internas de elementos resistentes y componentes no estructurales. En los casos donde existen muros, núcleos de ascensores o tabiquería, hacia un lado de la edificación, el centro de rigidez se desplaza en esa dirección. Debido a esto se generan deformaciones no previstas en el cálculo estructural (Figura 25), (Grases et al. 1987)
A continuación se muestran algunos ejemplos y su posible solución (Figura 26) (Bachmann, 2003; Grases et al. 1987):
La Figura 27 muestra el edificio Miramar en la ciudad de Cumaná-Venezuela. Edificio de concreto armado de 8 pisos, con muros muy rígidos en el núcleo de escaleras y ascensor ubicado a un lado de la estructura. La planta se muestra en
la Figura 28. Debido a la excentricidad entre el centro de masa y de rigidez, se produjo un efecto de torsión, que al sumarse con otros problemas presentes en la edificación, ocasionó el colapso de la misma, durante el terremoto de Cariaco-1997 (Figura 29), (Hernández & López, 2007)
TRANSICIÓN EN COLUMNAS Cuando columnas de niveles adyacentes varían bruscamente de forma, se generan grandes esfuerzos y se presentan problemas de discontinuidad del acero longitudinal, ocasionando fallas en los nodos. En las fotografías mostradas se puede observar que la columna del piso superior es de sección rectangular y su acero longitudinal se encuentra por fuera de columna inferior, que es de sección circular (Figura 30). El problema de transición generó una articulación en el nodo, incapaz de transmitir momentos, lo cual convirtió la
estructura en inestable ante cargas laterales. También se puede apreciar una falla por cortante en la columna superior.
AUSENCIA DE VIGAS Los sistemas estructurales formados por losas y columnas (sin vigas), presentan un pobre desempeño ante eventos sísmicos. La columna actúa como un punzón ocasionando daños severos en la losa. En la Figura 31 se muestran estructuras ubicadas en Kocaeli-Turkía, dañadas en el sismo del agosto de 1999. Los sistemas presentan losas de espesores entre 8 y 12 cm y vanos (luz libre) mayores a 4 m (EERI, 1999).
POCA CUANTÍA DE REFUERZO TRANSVERSAL La función del refuerzo transversal, estribo o ligadura, es soportar fuerzas cortantes, garantizar el adecuado confinamiento del concreto e impedir el pandeo del refuerzo longitudinal. Cuando se presenta mal armado del refuerzo transversal, el diámetro de la cabilla es insuficiente o están muy separadas, se evidencian daños en los elementos estructurales. Los ganchos en los extremos de los estribos deben tener un ángulo mayor o igual a 135º (Figura 32), para lograr un amarre adecuado. Cuando el ángulo del gancho es a 90º
En la Figura 34 se observa que las columnas fallaron debido a la poca cuantía volumétrica de acero transversal lo que implicó falta de confinamiento. Es imprescindible prestar suficiente atención al refuerzo transversal en las juntas, acatando las recomendaciones indicadas en las normas. La separación de las barras determina el confinamiento del concreto y el adecuado comportamiento de las juntas ante un evento sísmico.
En la Figura 35 se observa que se evitó el colapso de la estructura gracias al refuerzo transversal en la junta.
FUNDACIONES INADECUADAS Las fundaciones de una edificación son las bases sobre las cuales ésta se apoya de forma adecuada y estable sobre el terreno. Es imprescindible, para toda obra de ingeniería, realizar un estudio de suelos por expertos en el área. Dicho estudio dependerá de la altura, peso y uso de la edificación. Evidentemente, escoger el tipo de fundación adecuado dependerá de las características de la estructura, del estudio de suelos y la actividad sísmica probable de la zona. El sistema de fundación deberá ser capaz de transferir al suelo las acciones sísmicas y gravitatorias, sin que supere la capacidad portante de éste, correspondiente al nivel de excitación sísmica previsto y sin que se produzcan movimientos relativos entre los elementos de fundación que puedan originar deformaciones inaceptables en la estructura. Los desplazamientos relativos que eventualmente pueden sufrir los distintos elementos de fundación, deberán ser tales que no comprometan la estabilidad y funcionalidad de la estructura. Cada uno de los bloques estructuralmente independientes de una construcción, tendrá un sistema de fundación único (homogéneo). No se admitirán sistemas diversos dentro de una misma unidad, por ejemplo: algunas columnas sobre pilotes y otras sobre fundaciones directas. Los apoyos de la estructura deben vincularse entre sí mediante un sistema de riostras o losa que asegure el movimiento conjunto de todos los elementos. Esto con la finalidad de evitar apreciables desplazamientos diferenciales entre ellos que impliquen deformaciones adicionales a la estructura. En la Figura 36 se muestra el volcamiento de un edificio cuya fundación superficial resultó inadecuada al momento del sismo.
Figura 36. Fundación Superficial (Fuente: www.redbpncivil.blogspot.com ) PROBLEMAS COLATERALES CHOQUE ENTRE EDIFICACIONES Esto ocurre cuando el movimiento de un edificio, durante el sismo, queda impedido por otro muy cercano y, en general, más rígido. Al chocar se generan fuerzas cortantes en las columnas golpeadas. Es conveniente crear amplias juntas totales entre edificios de diferentes alturas, para que puedan oscilar de forma distinta durante un movimiento sísmico y evitar así el choque violento entre ellos. Se debe impedir que edificios de diferentes alturas puedan estar juntos y a partir de cierta altura, éstos deben estar aislados. Otra causa del problema es cuando edificios cercanos presentan alturas distintas de entrepisos o niveles distintos de pisos (Figura 37).
(Fuente: www.proteccioncivil.org (1985)) Durante el sismo de México (1985), el edificio de concreto armado de la izquierda colapsa luego de golpear al edificio antiguo de la derecha (Figura 38). El edificio de la derecha es más rígido que el otro construido recientemente.
EFECTOS INDIRECTOS Los efectos locales indirectos como licuefacción, asentamientos, deslizamientos y avalanchas, pueden ser causa de importantes daños en estructuras, ocasionando en muchos casos pérdidas humanas. La licuefacción es un fenómeno que se produce en terrenos blandos saturados de agua, durante movimientos sísmicos fuertes y prolongados. Debido a las vibraciones sísmicas, el suelo se comporta como un fluido. Las edificaciones se hunden y/o vuelcan bajo los efectos de la licuefacción. Las zonas propensas a que ocurra este fenómeno son aquellas sobre depósitos sedimentarios, lechos fluviales, rellenos artificiales, entre otros, donde el nivel freático es superficial. Es importante volver a mencionar, que es imprescindible para toda obra de ingeniería, realizar un estudio de suelos por expertos en el área. La Figura 39muestra edificios parcialmente hundidos y volcados por los efectos de la licuefacción del terreno en el sismo de Nigata- Japón, del 16 de junio de 1964. Se puede observar que las edificaciones, como tales, no sufrieron daños estructurales, debido a su gran rigidez y seguramente buen diseño sismorresistente.
(Fuente: www.facingyconst.blogspot.com/2007/08/daos ) Media planta del edificio se hundió (Figura 40), debido al fenómeno de licuefacción, durante el sismo de septiembre de 1985 en México.
(Fuente: www.facingyconst.blogspot.com/2007/08/daos ) CALIDAD DE LOS MATERIALES Y PROCESOS CONSTRUCTIVOS Como se ha mencionado anteriormente, cumplir con las normas sismorresistentes vigentes, no es suficiente para garantizar el buen desempeño de las obras de ingeniería. La calidad de los materiales utilizados y el adecuado proceso constructivo, son fundamentales para que el comportamiento de la edificación sea lo más cercano al de diseño. Se han encontrado casos de obras muy cercanas en las cuales solo una de ellas falla. Si el diseño y el suelo son idénticos, la falla y en algunos casos el colapso, puede atribuirse a materiales que no cumplan las especificaciones y/o procesos constructivos deficientes. La Figura 41 muestra el colapso de un edificio de seis pisos gemelo con otro, que sufrió daños leves durante el mismo sismo. En la investigación posterior se detectó, que lo ocurrido se debió a la mala calidad de los materiales utilizados y procesos constructivos.
(Fuente: www.facingyconst.blogspot.com/2007/08/daos ) La Figura 42 muestra el caso de dos edificios similares en construcción, donde uno de ellos colapsa durante el sismo de Kocaeli-Turkía-agosto 1999, dañando severamente una columna del otro. El edificio se mantiene en pie, lo que permitiría un estudio posterior para analizar la factibilidad de recuperación.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De la investigación realizada se puede concluir que muchos de los daños de importancia en edificios públicos y de viviendas, han sido consecuencia de deficientes o inexistentes estudios de suelos, mala calidad de los materiales, inadecuado diseño arquitectónico y estructural, deficiencia en los sistemas constructivos y supervisión de las obras. Debido al hecho que los sismos no pueden evitarse, se deben tomar todas las medidas pertinentes para evitar al máximo la pérdida de vidas y minimizar los daños materiales. 83 Acatar las recomendaciones de lo que debe hacerse antes, durante y luego de un evento sísmico. En el caso de presentarse el diseño de una edificación irregular, es imprescindible asesorarse con
los profesionales expertos en el área. Es necesario obtener información sobre desempeño Sismorresistente de edificaciones similares. GLOSARIO DUCTILIDAD: Capacidad que tiene el material de seguir deformándose más allá de su límite elástico sin romperse (zona de deformación plástica). EPICENTRO: Proyección vertical del foco sobre la superficie terrestre. ESFUERZO: Valor que mide la fuerza por unidad de área sobre una superficie. FOCO: Punto en el interior de la tierra donde se produce el sismo. INTENSIDAD DE UN SISMO: Mide el grado de destrucción que los sismos causan en la zona afectada. JUNTA TOTAL: Es aquella junta que separa estructuralmente la edificación. Cada parte es una estructura independiente de la otra. MAGNITUD DE UN SISMO: Medida utilizada para estimar la energía liberada por los sismos. PREMONITORES: Sismos previos a un evento sísmico importante. RÉPLICAS: Sismos que ocurren después de un evento sísmico importante. SISMÓGRAFO: Instrumento que se utiliza para medir sismos. SISMOGRAMA: Representación gráfica generada por el sismógrafo. SISMORRESISTENTE: Estructura capaz de soportar un sismo sin sufrir daños considerables. VULNERABILIDAD SÍSMICA: Parámetro que nos indica lo propensa que es una construcción a sufrir daños por efecto de un sismo. Se mide por el daño que puede causar un sismo a una construcción. La vulnerabilidad está en función del tipo de construcción y del estado de degradación de la edificación. REFERENCIAS 1. Arnold C. & Reitherman R. (1982). Building Configuration Seismic Design. Canada 2. Arslan M. & Korkmaz H. (2006). What is to be learned from damage and failure of reinforced concrete structures during recent earthquakes in Turkey? Artículo de investigación original Ingeniería Análisis de Fallas, Volumen 14, Número 1, enero de 2007, páginas 1-22. http://dx.doi.org/10.1016/engfailanal.2006.01.003 , [Consulta: 2008 y 2009] 3. Bachmann H. (2003). Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners,and authorities. www.admin.ch [Consulta: 2009] [ Links ]
4. Bertero V. (1971) NISEE University of California, Berkeley. www.nisee.berkeley.edu [ Links ] [Consulta: 2008 y 2009] 5. Cardona, O. (2004) Fundamentos para la mitigación de desastres en establecimientos de salud (2ª ed). Washington, D.C. Organización Panamericana de la Salud. www.paho.org/desastres [Consulta: 2008 y 2009] [ Links ] Covenin 1756:2001. Norma Covenin. Edificaciones Sismorresistentes. Fondonorma, Caracas. 6. Covenin. (1985). Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones Norma Venezolana 1753, Caracas. 7. Dayala D., Doyle, P., Spencer, R. (2003). Performace of Buildings. Cap. 5. Earthquake Engineering Field. Investigation Team. London 8. Eeri, (1999). Earthquake Engineering Research Institute, Earthquake Spectra, Suplement a to volume 16t, August 17, 1999, Kocaeli (Izmit), Turkey. Earthquake. 9. Eurocódigo 8 (1998). Disposiciones para el proyecto de estructuras sismorresistentes: Norma Europea Experimental; Comité Europeo de Normalización, Bruselas; Asociación Española de Normalización y Certificación, Madrid, http://www.cenorm.be ; http://www.aenor.es [Consulta: 2008 y 2009]. 10. Fema (1997). NEHRP Recommended Provisions for the Development of Seismic Regulations for New Buildings: FEMA 302. (National Earthquake Hazard Reduction Program), Building Seismic Safety Council, Federal Emergency Management Agency; Washington D.C.; http://www.fema.gov / ; http://www.bssconline.org/pubs / [Consulta: 2008 y 2009] 11. Grases J., López, O., Hernández, J. (1987). Edificaciones Sismorresistentes: Manual de aplicación de las normas. Fundación Juan José Aguerrevere. FONDUR. Caracas. 12. Hernández, J. & López, O. (2007). Investigación de respuestas sísmicas críticas incorporando la torsión accidental. Boletín Técnico ISSN 0376-723X IMME v.45 n.3. www.scielo.org.ve [Consulta: 2008 y 2009]. 13. ICC, 2000. International Building Code, International Code Council, Inc., BOCA, ICBO, SBCCI, Birmingham, AL., U.S.A. www.intlcode.org 14. Organización Panamericana De La Salud. (2004). Fundamentos para la mitigación de desastres en establecimientos de salud (2ª ed). www.paho.org/desastres [Consulta: 2008 y 2009] 15. Quiun, D. (2005). Reforzamiento Sísmico de la Infraestructura Educativa. Lima. 16. Sezen, H., Whittaker, A., Elwood, K., Mosalam, K. (2003). Performance of Reinforced Concrete Buildings during the august 17, 1999 Kocaeli, Turkey, and seismic design and construction practice in Seismic Turkey. www.sciencedirect.com [ Links ] 17. Vyacheslav, Z. (2004). Los terremotos y sus peligros: ¿Cómo sobrevivir a ellos? Universidad de Colima, México. www.books.google.co.ve [Consulta: 2008 y 2009]
REFERENCIAS ELECTRÓNICAS 18. www.area.com.pa/proyectos.php [Consulta: 2008 y 2009] https://listas.us.es/mailman/listinfo/enciclo [Consulta: 2008 y 2009] 19. redbpncivil.blogspot.com [Consulta: 2008 y 2009] 20. www.proteccioncivil.org [Consulta: 2008 y 2009] 21. www.facingyconst.blogspot.com/2007/08/daos [Consulta: 2008 y 2009]
Edif. del Decanato de la Facultad de Ingeniería, 3º piso, Ciudad Universitaria, Apartado 50.361, Caracas 1050-A, Venezuela. Teléfono (58) 0212-662.89.27.
[email protected]
S SISMICOS ESTRUCTURAS 5 Distribución de los Cortes Sísmicos: conceptos de los métodos y análisis usados para distribuir las fuerzas generadas por el sismo en una estructura. Enumeración de los métodos y descripción conceptual. Elementos sismorresistentes, pórticos, tabiques y triangulaciones. Descripción y funcionamiento. Materiales usados en las estructuras antisísmicas. Especificaciones constructivas. Dimensiones y armaduras mínimas exigidas por las normas. Juntas y linderos. Especificaciones para fundaciones. Distribución de los Cortes Sísmicos: Las cargas sísmicas que actúan sobre un edificio deben ser distribuidas entre los elementos estructurales que lo componen. Si bien en el cálculo de las acciones que el sismo produce en el edificio se considera a este como un conjunto, para dimensionar y verificar la estructura completa se debe analizar componente por componente. Los componentes estructurales de un edificio son: Vigas Columnas Tabiques antisísmicos ( Muros Sismo Resistentes ) Pórticos Arriostrados. Bases. Los materiales estructurales usados son: Hormigón Armado.
Hormigón pretensado. Acero. Mampostería. Mampostería reforzada. La combinación de los elementos enumerados con el material estructural seleccionado, mas el tipo del terreno de fundación integran globalmente la estructura del edificio. Si bien el análisis se hace para el edificio en conjunto no debe descuidarse la verificación y construcción de cada componente estructural. Diseñar las uniones en los nudos y los detalles constructivos de un edificio antisísmico es tan importante como verificar el comportamiento dinámico de la estructura en su conjunto. Si la resistencia y ductilidad de las uniones no son adecuadas y los detalles no son los correctos, seguramente la estructura no funcionará ante un sismo como se proyectó. El diseño de la estructura debe ser tal que satisfaga la condición: Coeficiente de reducción x Resistencia teórica > Cargas de diseño La resistencia teórica es la que se alcanza determinando la resistencia última de las secciones y de los elementos estructurales. El coeficiente de reducción es el factor con el que se consideran disminuciones en la calidad de la estructura, que pueden ser originadas por: Errores en los cálculos.(*) Diseño inadecuado de la estructura. Materiales que no cumplen con la calidad esperada. Variaciones en las dimensiones de los elementos estructurales. Modificaciones menores o previstas. Cambio de destino del edificio o de algunos locales. (*) Sobre este tema recomendamos el libro “Como evitar los errores en los proyectos de hormigón armado” de Pierre Charon , Editores Técnicos Asociados. Cubre temas tales como: errores en la posición de las armaduras, errores relativos a la aplicación de fórmulas, errores relativos a las mediciones, etc. La estructura monolítica de hormigón armado es uno de los sistemas constructivos más populares en el mundo. Se han obtenido considerables progresos en los códigos y en el uso de este sistema
estructural, en base a la experiencia de los sismos sucedidos a lo largo de las últimas decadas. Así, se ha logrado disminuir sustancialmente los daños en edificios sometidos a terremotos en años recientes. Se recomienda que el diseño respete las siguientes reglas: La estructura debe tener ductilidad y una gran capacidad de disipación de energía. Las vigas deben alcanzar la fluencia antes que las columnas. La falla por flexión debe presentarse antes que la falla por corte. Las resistencia de los nudos debe ser mayor que la de los elementos que unen. Para cumplir con las estas reglas en Código de Construcciones Sismo Resistentes de Mendoza exige cumplir con las siguientes exigencias: Anclajes y Empalmes de Armaduras ( 7.1.1 ) Se deben utilizar ganchos en todo anclaje y empalme de armaduras de los elementos que forman la estructura resistente a las fuerzas sísmicas, tanto en la estructura principal como en las partes de la construcción. Normalmente no es necesario el uso de ganchos en las armaduras de las losas. Las longitudes de empalme o anclaje previstas en CIRSOC 201 se mayoran 10% en las armaduras solicitadas por combinación de acciones que incluyen sismo. Esfuerzo de Corte Último ( 7.1.2.1 ) La capacidad a corte de cualquier pieza estructural debe ser 1,25 veces mayor que el esfuerzo de corte necesario para alcanzar la capcidad a flexión de todas las secciones en que puedan formarse rótulas plásticas. Para determinar la capacidad a flexión se deben considerar las armaduras realmente colocadas. Se exceptuan las piezas incluidas en el punto 7.1.3.4 . ( Caso de barras poco esbeltas ) Tensión tangencial última ( 7.1.2.2 ) La tensión tangencial máxima no debe sobrepasar el valor 1,75.03 para los estados de solicitación que incluyen la acción
sísmica. 03 es la tensión tangencial límite según CIRSOC 201. Los límites establecidos por las tensiones 01 y 02 no se modifican. Métodos y análisis usados para distribuir las fuerzas generadas por el sismo Toda edificio tiene una estructura tridimensional, por ello los esfuerzos debidos a las cargas sísmicas y gravitatorias actúan en las tres dimensiones. En la práctica, salvo raras excepciones, ocurre que los esfuerzos más importantes para cada elemento estructural solo están contenidos en un plano, como vemos en el caso de un portico o un tabique antisísmico. Entonces, y para dimensionar los elementos estructurales, necesitamos conocer el porcentaje de las solicitaciones sísmicas que corresponden a cada componente resistente al sismo. Elementos Finitos Las estructuras de edificios son tridimensionales y pueden analizarse como tales mediante el método de los elementos finitos, que permite representar losas, vigas, columnas, muros, diagonales, etc. empleando diferentes tipos de elementos. Existen programas comerciales de computadora que cuentan con buenas herramientas gráficas para preparar datos e interpretar los resultados. Sin embargo esta no es una práctica común porque surgen varias dificultades: a) es muy grande el número de ecuaciones necesarias para representar un edificio completo, en especial si es de varios pisos; b) la cantidad de datos que hay que proporcionar y su organización aumentan las posibilidades de cometer errores; c) incluso con las actuales ayudas gráficas de los programas es dificil interpretar los resultados, que en muchos programas son dadas en tensiones de compresión o tracción y no como fuerzas y momentos que son las cifras de uso común en el diseño y verificación de elementos estructurales. Los análisis con elementos finitos se reservan para estructuras muy importantes ( y aún en estos casos con simplificaciones ) o a partes limitadas de edificios de características inusuales. Elementos sismorresistentes, pórticos, tabiques y triangulaciones. Descripción y funcionamiento. Sus características y funcionamiento se describan a continuación: DIAFRAGMAS
Son los elementos horizontales que actúan distribuyendo las fuerzas laterales entre elementos resistentes verticales (tabiques resistentes al cortante o pórticos). En la práctica están formados por los entrepisos, de losas de hormigón armado, macizas o aligeradas. El diafragma debe tener la capacidad de trasmitir las fuerzas horizontales sin deformarse, en los análisis teóricos y numéricos de la Teoría de las Estructuras se adopta como hipótesis que es indeformable, obligando a todos los elementos verticales a tener el mismo desplazamiento en cada piso. En este caso, se supone que el diafragma es infinitamente rígido. En los entrepisos de hormigón armado la aproximación es buena y los resultados obtenidos son satisfactorios, no así cuando las losas son delgadas y existe el peligro que colapsen por pandeo. Las cargas que actúan en los entrepisos paralelas a su plano son del orden de centenares de toneladas para un edificio de seis o siete pisos. Cuando un diafragma está esta formado por una losa de poco espesor o formado por un entrepiso compuesto, para una estructura metálica, su comportamiento depende en parte de su tamaño y su material. La flexibilidad del diafragma, relativa a los tabiques resistentes al cortante cuyas fuerzas está transmitiendo, también tiene una influencia importante sobre la naturaleza y magnitudes de estas fuerzas.Las vigas de los pórticos y las que unen columnas y tabiques actúan como colectores que conducen las fuerzas horizontales del entrepiso a los elementos verticales. Cuando el entrepiso se mueve, los elementos verticales se oponen absorbiendo así las cargas sísmicas. PÓRTICOS
Conocemos como pórticos a una combinación de columnas y vigas, generalmente horizontales que tienen los extremos restringidos (restringe los tres grados de libertad en el plano, funciona como un empotramiento). Capaces de soportar cargas verticales y horizontales. Se construyen de hormigón armado, acero o madera. En estructuras con alto grado de hiperestaticidad, con un gran número de nudos con capacidad de plastificarse generando rótulas, que actúan como fusibles disipando la energía que el sismo induce en la estructura. Son estructuras más dúctiles que los otros tipos estructurales y su trabajo es de flexión. El pórtico es más flexible que el tabique y por consecuencia se deforma más. En edificios de altura, las secciones de estos elementos disminuyen desde los pisos inferiores a los pisos superiores. En algunos casos, responden a una necesidad estructural del diseño, ya que permiten aberturas. Si comparamos el comportamiento de pórticos resueltos de un tramo y dos tramos, para cargas verticales y horizontales, se observa que si
las cargas sísmicas son más importantes conviene la solución de un tramo, en tanto que si predominan las cargas verticales conviene la solución de dos tramos. TABIQUES DE HORMIGÓN ARMADO Los tabiques son pantallas de hormigón armado en las que su espesor es pequeño comparado con el alto y el largo. Cuando reciben cargas horizontales funcionan como ménsulas verticales empotradas en la base, deformándose por flexión, corte y rotación de la base. Son elementos estructurales muy rígidos, con capacidad de concentrar grandes fuerzas sísmicas, y por otro lado poseen una elevada relación resistencia-corte sísmico. Pero esta característica puede crear problemas para la estabilidad de la fundación del tabique cuando la capacidad portante del terreno es baja o es muy deformable. En edificios de altura, las secciones de estos elementos disminuyen desde los pisos inferiores a los pisos superiores. Los extremos de los tabiques están sometidos a esfuerzos alternativos de tracción y de compresión muy elevados, por ello es necesario reforzar la armadura en esas zonas conocidas como columnas de borde. MAMPOSTERÍA PORTANTE ARRIOSTRADA
Las mamposterías de ladrillos macizos con espesores de 20 cm y 30 cm de espesor, acompañada con la de ladrillo hueco cerámico de 20 cm de espesor han sido las mas usadas en la región para viviendas de una y dos plantas. Este tipo estructural realizado con las normas adoptadas luego del terremoto de San Juan de 1944, ha dado excelentes resultados en la región de Cuyo, los terremotos posteriores al de 1944 mostraron que, salvo casos puntuales de mal diseño o mala calidad de ejecución, los edificios y viviendas resistieron satisfactoriamente las acciones sísmicas. Tanto que cabe preguntarse si las actuales exigencias de las normas para viviendas de una y dos plantas se justifican ya que solo estamos aumentando el costo de las viviendas sin darle, con certeza, mayor seguridad. La mampostería es apta para resistir solicitaciones de compresión, corte y en pequeña magnitud de tracción. Su resistencia no depende exclusivamente de los elementos, ladrillos o bloques, sino también del mortero de asiento. La mampostería también es apta para resistir esfuerzos de compresión en sentido perpendicular a las hiladas. La resistencia a tracción y a corte es muy reducida e irregular y la rotura con cualquier solicitación es frágil. Las cargas sísmicas, actuando en sentido
horizontal, producen esfuerzos de corte y de tracción en los muros, por ello, para que la mampostería pueda resistir deben estar confinadas por vigas y columnas de hormigón armado según lo exigen las normas sismo resistentes. Una buena estructura de enmarcado asegura el comportamiento resistente y proporciona ductilidad a un material que por su naturaleza tiene un comportamiento frágil. La existencia de cargas verticales y un mortero de asiento de calidad mejoran la resistencia, las cargas verticales porque aumentan el rozamiento entre hiladas y un mortero mejor da mayor resistencia. Es fundamental lograr la trasmisión de fuerzas entre la mampostería y las vigas y columnas de enmarcado, para lograr esto el hormigón de las vigas y columnas es colado luego de ejecutar cada paño de muro. En caso de no usar esta solución debe diseñarse un sistema que asegure esa transferencia de fuerzas. En ciertos casos se usa mampostería armada, colocando 2 barras diámetro 6 cada 40 o 50 cm en juntas horizontales asentados en mortero de cemento y arena. La mampostería de adobe no se debe considerar como portante, en especial para solicitaciones del tipo sísmico. El adobe es de escasa durabilidad y no permite realizar refuerzos para absorber tracciones en forma simple. La mampostería de ladrillo es muy sensible a la calidad de ejecución. Uno de los aspectos del diseño constructivo más importantes a tener en cuenta para las mamposterías son la traba, los encadenados, las armaduras y la vinculación entre muros. Junto con la calidad del mampuesto debe acompañarse la calidad del mortero de asiento. Las resistencias tanto a tracción como a compresión del mortero de asiento deben ser compatibles con los mampuestos para lograr así una relativa homogeneización del elemento estructural completo (mampuesto, mortero, encadenado). PÓRTICOS CON TRIANGULACIONES El pórtico es un tipo estructural flexible y en estructuras esbeltas las deformaciones pueden ser muy incomodas para los ocupantes del edificio. Para reducir las deformaciones se rigidizan con diagonales diseñadas para resistir esfuerzo de tracción y compresión o solo de tracción. Los pórticos con triangulaciones tienen un comportamiento similar al de los tabiques, aunque su resistencia es menor, dependiendo de su diseño. Las diagonales de la triangulación pueden realizarse con perfiles de acero, caño estructural, etc. Es necesario asegurar el comportamiento elástico de las diagonales, si el material de las diagonales alcanza el límite de fluencia y las diagonales se alargan de forma excesiva la estructura sufrirá grandes deformaciones con riesgo de colapso.
La ejecución debe ser cuidadosa, con detalles constructivos prolijos para asegurar una trayectoria completa de las cargas, evitando excentricidades que pueden originar momentos perjudiciales. COLUMNA EMPOTRADA EN LA BASE Es la estructura básica para resistir fuerzas horizontales. Se usa cuando no es posible usar tipos estructurales más complejos. Funciona como una ménsula vertical empotrada en su base. Para obtener el empotramiento teórico pueden adoptarse diferentes soluciones en la cimentación de la columna: una base centrada dimensionada para la combinación de las cargas verticales y horizontales; vinculada a otra columna con una viga de fundación que absorbe el momento de vuelco de la columna; uso de contrapesos que equilibran el momento de vuelco en base al peso; empotrarla en el terreno usando una fundación como las utilizadas en torres de líneas eléctricas aprovechando el empuje pasivo del terreno. ESTRUCTURA TIPO CAJÓN
Es un tipo estructural realizado como una construcción monolítica de hormigón armado, en la que los tabiques, vigas, losas se ejecutan con vaciado in situ para obtener una estructura en la que todos los elementos están vinculados. Tienen buena resistencia a las cargas sísmicas, es muy buena solución para resistir fuerzas horizontales. Se las construye usando moldes deslizante metálicos y colado en el lugar. Materiales usados en las estructuras antisísmicas. Los materiales usados en la construcción de estructuras sismo resistentes pueden ser: Hormigón Armado. Hormigón pretensado. Acero. Mampostería. Mampostería reforzada. Es necesario conocer a fondo las propiedades físicas estos materiales, para seleccionar adecuadamente el material a usar y, para
las especificar la calidad exigida del mismo, conforme a las hipotesis establecidas en el diseño de la estructura. Debemos conocer el comportamiento del material, definido por los límites de elasticidad(*), de fluencia(*) y de rotura(*). Saber si el material tiene comportamiento rígido o flexible bajo la acción de las fuerzas sísmicas, ya que bajo cargas estáticas los materiales tienen una respuesta diferente ante cargas dinámicas. Otra característica relevante frente a cargas dinámicas es el comportamiento frágil o dúctil(*) del material. Se denominan frágiles a los materiales que no presenta deformaciones importantes antes de alcanzar la rotura. La mayoría de los materiales presentan deformaciones plásticas(*) al ser sometidos a cargas elevadas, estas deformaciones se presentan más alla de la zona de comportamiento elástico del material. Su característica más destacada es que una vez alcanzada la fluencia no se recuperan las deformaciones sufridas. Esta particularidad se aprovecha para disipar la energía que el sismo trasmite a la estructura, por ello es muy importante ajustarse a las especificaciones de los códigos, ya que los coeficientes se han definido incluyendo el comportamiento elasto-plástico del material. (*)ELASTICIDAD: es la propiedad que todos los cuerpos poseen en mayor o menor grado, de recobrar su extensión y forma primitiva luego que cesa la fuerza exterior que los había deformado. El cociente entre la fuerza ejercida sobre un cuerpony el área sobre la que actúa se denomina esfuerzo. (*)FLUENCIA Fenómeno en virtud del cual los materiales metálicos, sometidos a tensiones excesivas, sufren un alargamiento anormal, es decir, no proporcional a los esfuerzos aplicados. En el acero dulce se manifiesta con un alargamiento notable sin un incremento de la carga de tracción. Este concepto se extiende a materiales compuestos como el hormigón armado. (*)PLASTICIDAD Propiedad que poseen algunos cuerpos sólidos que, sometidos a esfuerzos mecánicos elevados, experimentan deformaciones irreversibles, es decir, que persisten aun después de cesar los esfuerzos. La fase de plasticidad está precedida , hasta que la fuerza alcanza suficiente importancia ( cuyo valor es característico del material que constituye el cuerpo ), por la fase de elasticidad, es decir, aquella durante la cual las deformaciones experimentadas por el cuerpo desaparecen a cesar sus causas. El conocimiento del punto de paso de una fase a la otra es esencial para los problemas relativos al trabajo mecánico y a la construcción. (*)ROTURA Separación de un cuerpo en dos o más partes, producidas al generarse en el mismo tensiones capaces de vencer las atracciones internas y la cohesión de la materia. La rotura de un cuerpo solicitado por cargas exteriores se inicia en la parte del mismo que presenta las condiciones más desfavorables. Es necesario conocer que magnitud mecánica ( solicitación, deformación o trabajo de deformación ) determina el peligro de rotura, y, como la teoría no
puede responder a esta pregunta de modo inequívoco, se ha tratado, a través de numerosos ensayos con diversos materiales, de correlacionar los datos útiles para el diseño estructural. (*)DUCTILIDAD Propiedad de algunos materiales metálicos que, sometidos a un esfuerzo de tracción, se deforman permanentemente hasta reducirse a hilos muy delgados. La ductilidad está unida a la maleabilidad, por cuanto los metales dúctiles son maleables; en cambio es independiente de la plasticidad. En el diseño de estructuras resistentes al sismo, decimos que una estructura es dúctil cuando es capaz de soportar grandes deformaciones bajo carga prácticamente constante.
Especificaciones constructivas En toda construcción se dará cumplimiento a los requerimientos normales y propios de los materiales y elementos que la forman. Estos requerimientos y sus alcances están contenidos en el capitulo 2 del Código de Construcciones Sismo Resistentes de Mendoza. Las especificaciones establecen cantidades y calidades mínimas de los materiales estructurales a usar en el edificio que se diseña. Para la Argentina las normas son las del CIRSOC ( Centro de Investigación de los Reglamentos Nacionales de Seguridad para las Obras Civiles ). En el caso del Hormigón Armado, material usado casi exclusivamente en las estructuras de la zona, la Norma 201 y anexos fija las condiciones que se deben exigir para proyectar, documentar y ejecutar una obra. En esta norma se fijan las exigencias minimas para la elaboración del hormigón, armado de los elementos estructurales, colado del hormigón, curado, plazos de encofrado, etc. Dimensiones y armaduras mínimas exigidas por las normas. ( 7.1.3 ) Detalles de armaduras para elementos en forma de barras: ( Ej: vigas, columnas, diagonales ). Estas disposiciones rigen para piezas que cumplan: donde es:
. d/b<=4 d : dimensión mayor de la sección b : dimensión menor de la sección
Ancho Efectivo ( 7.1.3.1 ) Como ancho efectivo de cada una de las barras concurrentes a un nudo se puede tomar dentro del ancho real de la pieza en cuestión hasta d/2 a cada lado de la pieza de menor ancho, siendo d la altura de la pieza considerada.
Estribos Adicionales ( 7.1.3.2 ) En los nudos y en las zonas próximas a ellos y siempre que Qs >= 0,3 Q se densificarán los estribos para cumplir: Ld >= 0,1 l Ld >= 2 d . s <= 2/3 sc . s <= 12 l . s <= b Fes >= 0,15 Fe Fes >= 0,15 Fe’ Donde: Qs : Esfuerzo de corte atribuible a la acción sísmica por aplicación del código. Q: Esfuerzo de corte totall resultante de considerar todos los estados de carga. Ld : Longitud de densificación de estribos a partir del borde libre de la barra. . l: Luz libre de la pieza. . d: Altura de flexión de la barra. . s: Separación de los estribos en la zona densificada. . sc: Separación necesaria de los estribos según cálculo. . l : Menor diámetro de la armadura longitudinal en Ld. Fes: Sección total de estribos a colocar en la longitud Ld. Fe, Fe’ : Armaduras de flexión en las caras de la sección junto al nudo.
En el interior del nudo debe mantenerse la menor separación ‘s’ de las zonas adyacentes. Armadura especiales en barras esbeltas ( lo/d > 2 ) ( 7.1.3.3 ) En las barras para las que o > o3 se deben colocar armaduras especiales en forma de X a 45° ancladas para desarrollar su capacidad a tracción, cuya sección total en cada rama de la X debe ser: Fed >= 0,71.Q.( o – 03 ) / ( 0.s ) Esta armadura debe ser ubicada de modo que: a) Si está formada por una sola barra, cruce el eje de la pieza a una distancia de o,3 h del paramento libre del nudo. b) Si está formada por dos a más barras aproximadamente la mitad cruce el eje de la pieza a 0,2 h y el resto a 0,4 h del paramento libre del nudo. Se puede considerar la contribución de esta armadura en la absorción de l esfuerzo de corte. Armadura especiales en barras poco esbeltas ( 7.1.3.4 ) Cuando: . lo / d <= 2 y o > o2 donde: . lo : Distancia entre el punto de inflexión y el paramento libre del nudo. . d: Altura de flexión de la barra.
Se deben colocar las armaduras especiales en diagonal, de un extremo a otro de la pieza. No se aplica el item 7.1.2.1 y en su lugar: Qu = 1,25 . Q Donde: Qu: Esfuerzo de corte último, . Q: Esfuerzo de corte resultante de 5.2. Para el dimensionamiento de las armaduras de borde, diagonales y estribos se deben aplicar los procedimientos correspondientes a ménsulas cortas y 7.1.3.2. Como mínimo las armaduras en diagonal deben estar compuestas por: a) Dos barras en el plano perpendicular al de flexión y próximas a los paramentos si o <= o3. b) Cuatro barras en los vértices de un rectángulo de lado menor igual al ancho entre armaduras externas de la pieza si o > o3. Las armaduras en diagonal deben estribarse co fe >= fd/3 y s<= 12fd, siendo: . fe: diámetro de los estribos. . s: Separación de los estribos. . fd: diámetro de las barras diagonales. Armaduras Mínimas y Máximas (7.1.3.5 ) a ) Elementos predominanternente flexionados ( Ej: vigas en general ). Son aquellos elementos en los que: Donde:
Nu/( B.r ) <= 0,12 Nu: Esfuerzo normal último ( 5.2 ). B: Sección total de hormigón que se considera
colaborante con la pieza. Armadura mínima en cada cara: 2 8 Además , si o y o’ son las cuantías geométricas de armadura en cada cara y o >= o’ : Cuantías mínimas: o’ >= 0,15 % o’ >= 0,05 r / s Cuantías máximas: o’ <= 2,5 % o’ - o <= 0,25 r / s b ) Elementos predominantemente comprimidos ( Ej.: columnas en general ).
Son aquellos elementos en los que Nn / ( B.r ) > 0,12 Sio es la cuantía geométrica total: Cuantía mínima: o >= 1 % Cuantía máxima: o <= 4 % Cuantía en la cara menos armada: 0,2 % Se deben disponer estribos de tal modo que la distancia de cualquier barra al codo más proximo del estribo no exceda 12 e ( e: diámetro del estribo). La distancia entre ramas de estribos en el plano de la sección no debe superar 20 cm en piezas de dimensión mayor de 30 cm.
Juntas y linderos ( 6.1 ) Toda nueva construcción debe separarse de las existentes por medio de juntas cuyo diseño y construcción aseguren el libre movimiento entre los cuerpos adyacentes. Se permitirá la continuidad de las construcciones cuando se compruebe que tanto el conjunto de la nueva construcción en forma aislada satisface los requisitos de este Código. En esta verificación puede incluirse el muro medianero. Las construcciones de distinta altura o de planta en forma L, T, H, o E preferentemente se separarán en cuerpos de planta rectangular de altura uniforme. La dimensión de las juntas, en todos estos casos, será la necesaria para que las construcciones o los cuerpos de la construcción no se interfieran durante el sismo y como mínimo en el nivel i: . . donde: . nivel i.
xi >= 0,016. Co. Smax².hi >= 5 cm xi >= di di: desplazamiento elástico máximo en el
Tabiques y elementos en forma de láminas ( 7.1.4 ) Cuando d / b > 4 se debe cumplir: Esfuerzos y deformaciones en elementos de formas compuestas ( 7.1.4.1 ) Los elementos planos unidos a rigidizadores de borde o a otros elementos formando secciones L, U, T, H, Z, etc. deben ser analizados tomando en cuenta la sección compuesta. Los anchos colaborantes de los componentes perpendiculares a la dirección en estudio se definirán según la norma de hormigón armado. Espesor Mínimo ( 7.1.4.2 ) a) Elementos portantes en general: . e >= 15 cm . e >= lo/25 donde: . e: espesor del elemento . lo: distancia libre entre rigidizadores b) Elementos rigidizadores o elementos portantes en construcciones de un piso y altura máxima de 3 m . .
e >= 10 cm c) Cuando en la pieza existan esfuerzos de compresión significativos ( Nn / ( B. br ) > 0,12 ) ,en una distancia d/5 desde el borde el espesor debe cumplir:
. donde: .
e >= lo / 10 Nu: B: d:
.
Esfuerzo normal último ( 5.2 ) Sección total efectiva ( 7.1.4.1 ) longitud del elemento ( canto de flexión )
Se puede prescindir del cumplimiento de esta condición si e>= d /10 junto a rigidizadores perpendiculares hasta ( 3.e ) desde estos. El espesor e puede ser variable en los distintos lugares de la sección recta del elemento. Armadura longitudinal ( Armadura de Borde ) ( 7.1.4.3 ) La cuantía total de borde debe cumplir 7.1.3.5. Se define o = Feb / B donde: Feb: Sección de todas las barras longitudinales comprendidas en una distancia d/5 . desde el borde en cuestión. B: Sección efectiva de hormigón según 7.1.4.1. La cuantía local debe cumplir: o = Fe1 / B1 o1 >= 0,15 % o1 <= 6 %
donde: Fe1 : Sección de las barras contenidas en B1 : una sección parcial de hormigón en cualquier lugar del elemento. Disposición de la armadura: Cuando e > 20 cm o o > o2 la armadura se debe disponer en dos capas próximas a los paramentos de la pieza. Ambas capas deben vincularse por gancos en S, estrobos, etc., a razón de 4 por m². Diámetro límite: Barras de borde:
>= 8 mm
si Nu / ( B.r ) <= 0,12
>= 12 mm contrario. Barras de alma: emplean mallas soldadas. Ganchos, etc. : Diámetro máximo:
>= 6 mm >= 4 mm
si Nu / ( B.r ) en caso en general. si o < o2 o si se
igual diámetro que las barras de alma. <= e / 8 en todos los casos.
Estribado de las barras de borde: Cuando ob > 0,25 % se deben colocar estribos rodeando a las barras de la armadura de borde. Estos estribos deben cumplir las condiciones establecidas para las columnas. Cuando no sean necesarios los estribos las armaduras transversales deben rodear a las armaduras de borde prolongándose 30 en el lado opuesto, siendo el diámetro de las barras de la armadura transversal. Especificaciones para fundaciones. ELASTICIDAD: es la propiedad que todos los cuerpos poseen en mayor o menor grado, de recobrar su extensión y forma primitiva luego que cesa la fuerza exterior que los había deformado. El cociente entre la fuerza ejercida sobre un cuerpony el área sobre la que actúa se denomina esfuerzo. FLUENCIA Fenómeno en virtud del cual los materiales metálicos, sometidos a tensiones excesivas, sufren un alargamiento anormal, es decir, no proporcional a los esfuerzos aplicados. En el acero dulce se manifiesta con un alargamiento notable sin un incremento de la carga de tracción. Este concepto se extiende a materiales compuestos como el hormigón armado. PLASTICIDAD Propiedad que poseen algunos cuerpos sólidos que, sometidos a esfuerzos mecánicos elevados, experimentan deformaciones irreversibles, es decir, que persisten aun después de cesar los esfuerzos. La fase de plasticidad está precedida , hasta que la fuerza alcanza suficiente importancia ( cuyo valor es característico del material que constituye el cuerpo ), por la fase de elasticidad, es decir, aquella durante la cual las deformaciones experimentadas por el cuerpo desaparecen a cesar sus causas. El conocimiento del punto de paso de una fase a la otra es esencial para los problemas relativos al trabajo mecánico y a la construcción. ROTURA Separación de un cuerpo en dos o más partes, producidas al generarse en el mismo tensiones capaces de vencer las atracciones internas y la cohesión de la materia. La rotura de un cuerpo solicitado por cargas exteriores se inicia en la parte del mismo que presenta las condiciones más desfavorables. Es necesario conocer que magnitud mecánica ( solicitación, deformación o trabajo de deformación ) determina el peligro de rotura, y, como la teoría no puede responder a esta pregunta de modo inequívoco, se ha tratado, a través de numerosos ensayos con diversos materiales, de correlacionar los datos útiles para el diseño estructural.
Defectos en la construcción del proyecto Generalmente, la principal causa de defectos en la construcción, se debe a la falta de personal calificado en las fases que comprende la ejecución del proyecto. Muchas veces el desconocimiento, la negligencia, la falta de supervisión y control, la escasez de mano de obra especializada o la rapidez exigida para el cumplimiento de los trabajos, impiden la correcta ejecución de las obras, afectando negativamente el resultado final y originando consecuencias que pueden llegar a ser inaceptables. Todos los individuos involucrados en el proceso constructivo (operadores, maestro de obras, inspectores…) pueden con sus actos o decisiones, afectar el grado de calidad de una construcción. Este problema ocurre principalmente cuando las comunidades llevan a cabo algún proyecto, sin la asesoría e intervención de profesionales calificados. Comúnmente los daños generados por defectos en la mconstrucción, se originan por: Errores en el replanteo Modificaciones del proyecto Incumplimiento de las normativas Falta de definición del proyecto Modificaciones en los materiales Algunos de los incontables errores que pueden cometerse en la fase de construcción de una estructura, se presentan en las siguientes tablas: Errores en la fase de replanteo de la obra Defecto Daño Colocación de las columnas en posición incorrecta: Cuando se coloca el acero de la columna en la cara opuesta a la estimada en el proyecto. Cuando las columnas se colocan giradas Conlleva a modificaciones de las inercias. Las columnas tendrán resistencias inferiores a la prevista. Falta de alineación vertical: Cuando el centro de una columna queda desviado con respecto al centro de su columna superior Genera excentricidades que pueden causar graves problemas en el comportamiento sísmico de la estructura. Errores en la fase de encofrado y colocación de armaduras Defecto Daño Recubrimiento excesivo o insuficiente: Exceso de recubrimiento en vigas o columnas. Recubrimiento insuficiente Conlleva a la corrosión del acero. El concreto sufrirá mayores retracciones, que en ocasiones pueden llegar a romperlo, dejando expuesto al acero. El acero se encontrará expuesto a las acciones agresivas del medio ambiente. Insuficiente longitud de anclaje o falta de ganchos en vigas de extremos La barra de acero se desliza en el concreto Pueden aparecer pequeñas fisuras verticales en la parte superior de la viga, cerca del encuentro con la columna. existe riesgo de inestabilidad al no colaborar el acero y el concreto. Separación inadecuada del acero transversal Cuando los estribos están muy separados entre sí Puede originarse el pandeo del acero longitudinal. Se disminuye la resistencia a las fuerzas cortantes y a la torsión. El concreto sufre mayores deformaciones y aparecen fisuras verticales en el centro de las caras. Separación inadecuada del acero longitudinal Cuando las barras de acero no están suficientemente separadas entre sí La armadura muy junta no permite el paso fluido del concreto a través de la misma, lo que ocasiona una mala distribución de los elementos del concreto y por lo tanto, una distribución inadecuada de la resistencia. Falta de acero de retracción Cuando no se colocan mallas de acero en losas Se producen grietas producto de cambios de temperatura y retracción del concreto Errores en la fase de vaciado del concreto Defecto Daño Vibrado insuficiente del concreto Se producen vacios en el concreto que limitan su adherencia con el acero y no garantizan una distribución uniforme de la mezcla Resistencia
heterogénea dentro del mismo elemento. Incide en la deformación y ayuda a la formación de grietas. Facilita la entrada de agua y humedad Mezcla de concreto inadecuada Concreto de mala calidad, concreto defectuoso, exceso de agua, empleo de aditivos perjudiciales. Disminuye la resistencia del elemento. Se producen vacios en el interior del elemento. Falta de adherencia Facilita la corrosión de la armadura. Curado defectuoso del concreto. Provoca fisuras, falta de adherencia y resistencia del concreto. Aumenta los asentamientos. Aumenta la retracción. Encofrado y desencofrado Cuando se mueve el encofrado durante el fraguado del concreto. Cuando el desencofrado es inadecuado Se originan fisuras longitudinales en las vigas, más abiertas en la parte superior, y que se van cerrando a medida que desciende. Si se desencofra prematuramente, se producen mayores deformaciones. Errores en la construcción de estructuras de Acero Defecto Daño Inadecuada protección del acero Falta de recubrimiento o material protector del acero (pinturas) Expone a los elementos de acero a los efectos del agua, aire, intemperie en general; ocasionando su corrosión, que conlleva a la disminución de su resistencia. Defectos en las uniones Soldaduras defectuosas (grietas, mordeduras, discontinuidad, burbujas, impurezas…) Puede ocasionar grandes problemas en las estructuras, ya que las uniones representan un elemento fundamental. Desplazamientos indeseados, disminución de la capacidad de resistencia, colapso total o parcial de la estructura. Deficiente unión del elemento metálico con el suelo. Errores en la construcción de elementos no estructurales Defecto Daño Anclaje inapropiado Paredes, puertas y ventanas no anclados adecuadamente a la estructura Desprendimiento de los elementos mal anclados. Incorrecta ejecución de los techos Colocación de pendientes y solapes inadecuados Pueden ocasionar filtraciones de agua, conllevando a daños importantes. Ubicación inapropiada de instalaciones A veces se comete el error de perforar vigas o columnas para colocar instalaciones u otros elementos Afecta la resistencia del concreto y de las armaduras de acero. Causa deformaciones y redistribuciones de esfuerzos. Mala distribución de los compuestos del concreto, manifestación típica de un vibrado insuficiente. Defectos en los materiales de construcción Los materiales a utilizar en la construcción, en especial de edificaciones importantes, deben ser materiales óptimos, que cumplan con requisitos mínimos de calidad, que sean apropiados para resistir las cargas de diseño y las condiciones del medio ambiente, que perduren en el tiempo durante la vida útil de la obra, que no sean culpables de fallas en las estructuras. Muchas veces por criterios económicos o falta de ética profesional, se emplean materiales inapropiados en la construcción de edificaciones esenciales, poniendo en riesgo la integridad de la estructura y de sus ocupantes. Todos los materiales y elementos constructivos, deben llegar a la obra en su estado correcto, de manera que posean todas las características físicas, mecánicas y químicas que se les presuponen, ya que éstas serán absolutamente necesarias para que cumpla correctamente la misión que se les va a asignar en la edificación. Si alguna de las características del material no es la apropiada, resultará más fácil que aparezca alguna lesión o patología en el elemento, y por lo tanto, su durabilidad será menor. Los posibles defectos en los materiales de construcción, son innumerables. A manera de ejemplo se expondrán algunos aspectos para evitar defectos en el material más empleado en las construcciones venezolanas: el concreto.
Defectos en el diseño del proyecto Muchas veces el diseño errado de una edificación, puede ser el principal causante de sus fallas, especialmente cuando la estructura es sorprendida por la acción de un evento sísmico. Una buena configuración estructural, desarrolla un papel muy relevante en la determinación de vulnerabilidad de toda la estructura, ofreciendo condiciones y características que permiten el comportamiento adecuado de la misma en casos de ocurrencia de los eventos desastrosos más impactantes sobre las mismas, que son los sismos. Una configuración y diseño inapropiados, hacen que la estructura sea más vulnerable, presentando debilidades conceptuales que serán severamente penalizadas cuando ocurra un sismo de magnitud considerable. La configuración y diseño de una edificación está relacionada con la forma, el tipo, la disposición, la resistencia, la geometría, la fragmentación, entre otros aspectos que puedan presentar los diferentes elementos estructurales o la edificación completa, como estructura global. Los principales problemas encontrados en el diseño y configuración de las estructuras, se relacionan con asimetrías y cambios bruscos de dimensiones, masas, rigideces y flexibilidades. Aspectos que deben cuidarse en el diseño de una estructura esencial No existe una forma estructural ideal, pero sí existen ciertos principios básicos que pueden guiar un buen desempeño en cuanto a su configuración. Es importante destacar que existen condiciones necesarias, pero no suficientes para lograr una configuración y una forma estructural sana y adecuada. Condiciones necesarias pero no suficientes, para un buen diseño. Los 3 principios básicos que debe cumplir un diseño estructural para que se comporte adecuadamente ante la ocurrencia de un evento sísmico, son los siguientes: La edificación debe ser lo más liviana posible. Mientras más masa tiene el edificio, más elevadas serán las fuerzas de inercia que originan las solicitaciones sísmicas. La edificación debe ser suficientemente rígida y suficientemente dúctil. La nueva filosofía es lograr edificaciones cada vez más rígidas, limitando el valor de las derivas de pisos. La edificación debe ser sencilla y simétrica, tanto en planta como en altura. Mientras más sencillas, simétricas y rectilíneas sean las estructuras, mayor será el grado de confiabilidad de las mismas cuando sean castigadas por algún movimiento sísmico. Aspectos que no ayudan a un buen diseño. ¿Cómo influye la longitud horizontal de la edificación? El efecto que causan las ondas sísmicas sobre las estructuras, es mayor en edificaciones largas; las deformaciones y los esfuerzos se incrementan en este tipo de estructuras. Por lo tanto, es aconsejable no diseñar edificaciones educativas muy largas, ni realizar ampliaciones que deriven en este error. Si por alguna razón se debe acudir a este tipo de estructuras, se recomienda diseñar obras segmentadas, que se unan con juntas de expansión, concebidas apropiadamente para evitar el choque entre las secciones. Cuando la planta es muy grande, aunque sea simétrica, la edificación no responderá como una unidad. ¿Cómo influye el hecho de que una estructura sea susceptible a la torsión? La torsión es un fenómeno que se debe principalmente, a la excentricidad entre el centro de masa y el centro de rigidez de la estructura. Se manifiesta como el giro en el plano horizontal de una estructura con respecto a un punto de la misma. La torsión origina deformaciones en la estructura, pudiendo incluso, ser causante del colapso de la misma. El núcleo rígido puede servir como eje de torsión en el momento de un sismo. El problema de la torsión es también significativo cuando existe heterogeneidad de rigideces entre los elementos estructurales y no estructurales. Por ejemplo, si en un salón se combinan paredes livianas y flexibles (como de madera) con otras rígidas y pesadas (como las de
concreto) ¿Qué significa el grado de redundancia? El concepto de redundancia de una estructura está relacionado con el hecho de distribuir apropiadamente las cargas a las que está sujeta, de manera que la resistencia de la estructura no dependa totalmente de unos pocos elementos que al fallar, pueden causar el colapso de la edificación. Una edificación con un aceptable grado de redundancia, es aquella que cuenta con varios elementos estructurales capaces de distribuirse las cargas y de evitar el colapso. Las cargas deben ser llevadas hasta el suelo de la manera más sencilla posible, evitando caminos inconclusos debido a la falta de columnas. Distribución de cargas no adecuada, no hay continuidad en las columnas. La distribución de cargas no es continua hasta el suelo, por la ausencia de columnas. ¿Por qué es importante que las estructuras sean flexibles? Una estructura es flexible cuando tiene la capacidad de moverse ante la acción de fuerzas, sin que ello implique su falla por falta de resistencia. La flexibilidad es una característica que le permite a la estructura una mejor disipación de la energía inducida por un sismo a través del suelo. Las estructuras con adecuada flexibilidad tienen un mecanismo de falla lento, en el cual se puede evitar el colapso aunque existan daños importantes, además de ser una característica muy favorable para casos de evacuación. El acero es un material muy dúctil, por esta razón es de extrema importancia colocarlo en la cantidad y distribución adecuada en las estructuras de concreto armado. Se debe tener en cuenta que en edificaciones altas, un comportamiento flexible puede originar desplazamientos muy grandes, incrementando los esfuerzos en los elementos y pudiendo causar grandes daños estructurales, debido a que probablemente esos elementos no sean capaces de resistir dichos esfuerzos. Las edificaciones dúctiles soportan mayores deformaciones para la misma fuerza con la que fallan las estructuras frágiles. ¿Cuándo se presenta incompatibilidad estructural? Cuando coexisten elementos rígidos y flexibles, sean estructurales entre sí o con elementos no estructurales, se pueden generar comportamientos inadecuados de respuesta ante los sismos. Por ejemplo, las construcciones de estructuras metálicas con paredes de bloque de concreto, han conllevado a fallas, incluso al colapso de las paredes, producto de la combinación de elementos flexibles con elementos rígidos. Combinación de elementos flexibles con elementos rígidos. Estructura de acero con algunas columnas de concreto armado, paredes de bloque y techo de madera. ¿Cómo influye la simetría en planta de la edificación? Cuando en una edificación continua se produce un cambio de sus dimensiones en planta, o las mismas son en forma de “L”, de “T”, de “U”, entre otras, se tienden a generar concentraciones de esfuerzos en las zonas de cambio de sección. Por este motivo, se recomienda segmentar las edificaciones y colocar juntas que permitan a los bloques moverse independientemente durante un sismo. También es importante que en caso de haber un cambio de dimensión, se haga de manera gradual y no bruscamente. ¿Cómo se comportan las estructuras con irregularidades verticales? Un ejemplo de irregularidad vertical en una edificación, pueden ser los cambios bruscos de masa, de dimensiones, de rigidez, a lo largo de su altura; recordando que siempre deben preferirse estructuras simples, simétricas, no muy esbeltas, y que a simple vista no parezcan inestables. Se recomienda concentrar los elementos más pesados de la edificación, cerca del suelo; ya que las aceleraciones de respuesta de una estructura ante un sismo, van incrementándose con la altura de la misma. Las irregularidades verticales aumentan la susceptibilidad al volcamiento e incrementan y redistribuyen los esfuerzos sobre los distintos elementos estructurales.
Recomendaciones para evitar irregularidades verticales Las reducciones o aumentos bruscos en las dimensiones de las edificaciones, son indeseables Ejemplos reales de irregularidades verticales en Venezuela. Cambios bruscos de masa y rigidez. ¿Por qué evitar columnas débiles? Una columna se considera débil cuando tiene configuración de “columna corta” (columna parcialmente arriostrada por algún elemento rígido), o cuando su resistencia es inferior a la resistencia de las vigas que se apoyan en ella. En un diseño sismorresistente adecuado, se debe garantizar que las columnas sean más fuertes que las vigas, y no el caso contrario. De esta manera, se prefiere que de ocurrir una falla, esta se genere en las vigas y no en las columnas. Columnas débiles, conllevan a pisos débiles; falta de paredes o muros en una planta, conlleva a un piso débil; irregularidades en el terreno sin el adecuado diseño para cada columna, conlleva también a columnas débiles. La falla principal de las columnas y pisos débiles, es que se excede la resistencia por cortante, antes que por flexión. En casos de sismos o sobrecargas, se originan severos daños en la edificación, generalmente la inutilización y/o colapso de la misma. Casos que pueden generar columnas débiles y pisos débiles. En Venezuela es muy común encontrar edificaciones con plana baja libre. Patologías causadas por daños Los tipos de falla más importantes que se han registrado en estructuras de concreto armado, han surgido con la ocurrencia de eventos sísmicos en distintas localidades del mundo. Para entender el comportamiento sísmico de las estructuras, es necesario identificar las características que han conducido a las fallas y a los buenos comportamientos estructurales, así como también es importante el análisis de los distintos tipos de daños y de las causas que los han originado. Por lo general las fallas presentadas en las edificaciones durante eventos sísmicos, se originan producto de los defectos en el diseño y configuración estructural, así como en los errores durante la construcción de la obra y el empleo de materiales inapropiados para la edificación. Los principales daños estructurales que ocurren durante un sismo, pueden deberse a:
