DONDE LOS EDIFICIOS SE MUEVEN. (SEGUNDA PARTE)
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
¿Basta sólo con utilizar dispositivos como aisladores o disipadores para evitar que no haya colapso en las estructuras durante un sismo? NO. Otro factor muy importante es el diseño de la estructura y esto comprende su geometría, el peso, las cualidades y calidades de los materiales componentes y un análisis adecuado del suelo.
LA GEOMETRIA
Los diseños deben ser regulares y simétricamente proporcionados tanto en planta como en altura, sin cambios bruscos o desordenados, como volados, plantas superiores de dimensiones mayores que las inferiores, o formas rebuscadas que no mantienen simetría con respecto a sus ejes.
La simetría provee a la estructura de la suficiente resistencia a la torsión que puede generar un sismo. En plantas largas, con ángulos entrantes como L, T, H o formas irregulares, se debe asegurar la utilización de juntas totales que “dividan” la construcción en bloques regulares; otra posibilidad es el correcto refuerzo de las aristas buscando la formación de cuerpos compactos. También es favorable incluir elementos rigidizadores adicionales en los bordes del edificio, tomando otras medidas constructivas tendientes a lograr una excentricidad balanceada en toda la superficie del edificio.
DISTINTAS GEOMETRIAS CON JUNTAS TOTALES
Además de simétrica la estructura debe ser continua y tener elementos estructurales en ambos sentidos generando una “cuadrícula” regular. Dicha cuadrícula debe ser en lo posible cuadrada o de forma tal que el lado más largo no sea mayor a una vez y media del lado más corto.
CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
Tenemos tres sistemas principales de configuraciones estructurales, los cuales tiene sus desventajas o puntos débiles que hay que atender a la hora de proyectar y calcular:
Pórticos
Muros portantes
Arriostramiento
Los principales problemas que se pueden presentar tienen que ver con: las altas concentraciones de masa en niveles superiores, columnas débiles, menor resistencia de columnas que vigas, pisos blandos o suaves, falta de recubrimiento en las armaduras, espaciados grandes entre estribos y falta de refuerzos en las zonas de unión con otros elementos, falta de redundancia (pocas columnas), la torsión entre pisos y el desplazamiento relativo entre pisos.
Los sitios donde se concentran los mayores esfuerzos en las estructuras son las uniones y conexiones entre elementos estructurales, por ejemplo, las conexiones viga-columna, y columna-cimiento. Estas zonas deben soportar las mayores fuerzas cortantes y momentos debidos a flexión y por ello su diseño debe realizarse cuidadosamente, en especial, verificando la distribución del acero de refuerzo en los nudos, o la cantidad y tipo de soldadura a utilizar si son elementos de acero, y, además, se debe realizar una adecuada inspección durante su construcción.
Los elementos verticales de las estructuras como pilares, pantallas o muros portantes tienen una importancia crucial en la construcción antisísmica ya que las fuerzas sísmicas se distribuyen proporcionalmente a la rigidez y resistencia de los elementos estructurales verticales. Entonces, si la rigidez de los pilares o paredes que soportan la estructura sufre un cambio brusco ya sea disminución de la sección, por desniveles del terreno o por nivel intermedio entre dos pisos, se concentrarán los esfuerzos y se acumulará energía en el piso más débil, dado que el nivel donde se interrumpen los elementos verticales es más flexible que los demás, lo que permite que se produzca un problema de estabilidad.
FALLA POR DISMINUCION DE SECCION
EL PESO, O MEJOR DICHO LA MASA
Cuanto más liviana sea la edificación menor será la fuerza que tendrá que soportar cuando ocurre un terremoto. Grandes masas o pesos se mueven con mayor severidad al ser sacudidas por un sismo y, por lo tanto, la exigencia de la fuerza actuante será mayor sobre los componentes de la edificación. Cuando la cubierta de una edificación es muy pesada, por ejemplo, ésta se moverá como un péndulo invertido causando esfuerzos y tensiones muy severas en los elementos sobre los cuales está soportada.
Las fuerzas sísmicas son proporcionales a la masa, entonces si en un piso superior se concentran elementos como tanques de almacenamiento de agua, equipos, bodegas o archivos, las fuerzas sísmicas aumentan en ese nivel. Lo recomendable es colocar estos elementos pesados en el sótano o en sitios aledaños a la estructura principal. Por tal motivo la distribución de las masas debe ser uniforme en plantas y deben ir disminuyendo su masa a medida que crecen en altura, algo que resulta un poco absurdo comentarlo pero que suele ser un error recurrente ya que cuanto mayor sea el peso, mayores son los daños que provocan los sacudones sísmicos.
ESTRUCTURA PESADA vs ESTRUCTURA LIVIANA
RESISTENCIA LATERAL Y DUCTILIDAD
Existen dos conceptos de gran importancia en el diseño de estructuras antisísmicas o sismorresistentes: la resistencia lateral y la ductilidad.
La resistencia lateral se refiere a la capacidad resistente horizontal que es capaz de desarrollar una estructura antes de colapsar mientras que la ductilidad es la capacidad de absorción y disipación de energía que una estructura puede ofrecer antes de colapsar.
Las estructuras deben, de una u otra forma disipar la energía que el movimiento del suelo le transfiere durante un sismo, para eso deben tener una alta resistencia lateral o mediante el uso de materiales que posean gran ductilidad (como el acero) permitir movimientos y deformaciones laterales lo que hace que se experimenten deterioros locales del material en los que se convierte energía en calor, como lo que sucede en los disipadores por deformación.
Si bien estas estructuras donde predomina la ductilidad sobre la resistencia lateral están calculadas para resistir los eventos sísmicos sin colapsar, en terremotos de grandes magnitudes dichas deformaciones pueden implicar daños severos que impliquen en el peor de los casos la demolición del edificio.
La experiencia sísmica indica que, para tener un satisfactorio comportamiento sísmico, el diseño debe velar por que la estructura disponga de una alta resistencia lateral, si es que no ofrece un comportamiento dúctil, o de una ductilidad suficiente para la resistencia lateral con que ha sido diseñadas. En la medida que la estructura se diseña con mayor resistencia lateral, menor es la necesidad de ductilidad, y viceversa. Ambas características que intervienen en el diseño están relacionadas, y los colapsos que se producen están generalmente asociados a una deficiente provisión de ductilidad para la resistencia lateral que se ha considerado en el diseño.
La mayor resistencia lateral es la que asegura además que, al sufrir menos deformaciones se presenten la menor cantidad de daños en elementos no estructurales como tabiques divisorios, aberturas, acabados arquitectónicos e instalaciones que usualmente son elementos frágiles y no soportan mayores distorsiones.
La experiencia chilena, que hasta ahora ha diferido de la que se usa en la mayoría de los países del mundo, ha optado por proveer una alta resistencia lateral y una baja o moderada ductilidad. Esta experiencia ha sido muy exitosa frente a eventos sísmicos severos como el de 1985 o el del 2010, lo que, sumado a los avances tecnológicos en cuanto a los dispositivos antisísmicos, hace que se posicione como uno de los países con mejores construcciones antisísmicas.
Entonces podemos decir que la mejor manera de asegurar la estructura durante un sismo es combinar amortiguadores y disipadores junto a un diseño adecuado donde predominen la simetría tanto en planta como en elevación, conformando una construcción con peso bajo y una estructura lo suficientemente resistentes para evitar que los elementos que la conforman lleguen a la rotura pero compuesta por materiales de gran ductilidad; proporcionándole de esta manera una mejor respuesta ante un evento sísmico con una mayor capacidad de amortiguación y disipación de energía y una resistencia suficiente para mantenerse en pie como la normativa exige, cuidando así la estabilidad de la construcción y la integridad física de las personas que lo habitan.
WEBGRAFIA CONSULTADA
Universidad de Mendoza - http://www.um.edu.ar/es
PreventionWeb - https://www.preventionweb.net
Universidad de Costa Rica - http://www.lis.ucr.ac.cr
SlideShare - http://slideshare.net
Sociedad Alemana de Ingeniería de Terremotos y Dinámica Estructural (DGEB) - http://www.dgeb.eu
Florentino Regalado y Asociados. Ingeniería y Proyectos - http://www.fringenieria.com
Sismoresistencia - http://sismorresistenciacivilunet.blogspot.com
Hildebrandt Gruppe - http://www.hildebrandt.cl
Scientific Electronic Library Online - http://www.scielo.org
Repositorio Académico de la Cuidad de Chile - http://repositorio.uchile.cl
