21.3.11

ESTRUCTURAS SISMO RESISTENTES (II)

Disposición en altura
Un aspecto de singular importancia, a la hora de evitar concentraciones de esfuerzo, reside en evitar los cambios bruscos de rigidez en alzado; es decir, se debe procurar una disposición geométrica en altura lo más regular posible, realizando –en su caso- las transiciones de forma y/o rigidez entre un piso y el siguiente de forma gradual. De esta forma se evita la aparición de daños locales a consecuencia del sismo, los cuales son motivados por las citadas concentraciones de esfuerzos. Adema debe tenerse en cuenta que las normativas solo contemplan la posibilidad del diseño y cálculos sismo resistentes de estructuras que posean una cierta distribución regular. Como tal, debe evitarse una planta baja mucho más alta que las demás, dado que es de esperar desplazamientos en la misma mayores, como consecuencia de una mayor flexibilidad; una solución de este tipo puede necesitar de una ductilidad de las columnas tan alta que llegue incluso a superar su capacidad. En la ingeniería sísmica este caso es conocido como de planta débil.
Otra recomendación relacionada con la disposición regular global en altura –en cuanto a variaciones de rigidez- es la de evitar diseñar pórticos de mayor resistencia en una dirección y más débiles en la otra. Las frecuentes denominaciones de pórticos principales (cuya función es transmitir cargas) y pórticos secundarios (encargados de arriostrar la estructura) continúan siendo utilizadas actualmente por algunos proyectistas en sus diseños. Pues bien, los terremotos no entienden de pórticos principales y secundarios; no saben qué dirección, de las múltiples posibles contenidas en la planta del edificio presenta mayor resistencia. Dentro de la aletoriedad de los mismos, cuando su dirección principal de actuación coincide con la de los citados pórticos débiles de la estructura, pueden ocasionar graves daños.
Otro aspecto de singular importancia, en lo que a disposición en altura se refiere, es el constituido por la totalidad de elementos de arriostramiento; dad la importancia del mismo frente a las acciones horizontales (del sismo y también del viento) merece la pena detenerse en los aspectos referentes a su organización estructural.
Como se sabe, a fin de evitarse desplazamientos horizontales excesivos es necesario rigidizar los pórticos con la ayuda de los forjados –los cuales en su plano por la condición de monolitismo se comportan como una laja de gran rigidez- y de pórticos de arriostramiento; como tales pueden utilizarse pantallas de hormigón, pórticos triangulados metálicos y también otros pórticos de nudos rígidos, aunque generalmente los desplazamientos horizontales de estos últimos son mayores que los de aquellos, lo que podría ocasionar daños a elementos secundarios, a las juntas y a los edificios contiguos.
Numero: puesto que a efectos de cálculo deben considerarse las acciones horizontales actuando según las dos direcciones principales que determinan la planta (y en ambos sentidos) el número mínimo de elementos de arriostramiento es de uno en cada dirección. Esta solución solo es posible adoptarla si las dimensiones en planta del edificio son reducidas y la misma es simétrica, en caso contario deberán disponerse al menos dos, según cada dirección principal, a fin de evitar efectos de torsión.
Situación: los elementos de arriostramiento deben situarse como se ha mencionado en los paños ciegos de fachadas y en las cajas de las escaleras y ascensores.
Forma: en lo referente a elementos de arriostramiento constituidos por entramados triangulares metálicos, ya comentados, la forma más racional (en cuanto a obtener menores esfuerzos y deformaciones) corresponde a la cruz de San Andrés, a no ser que se necesaria la presencia de huecos a través de ellos, en cuyo caso se pueden adoptar algunas de las disposiciones que se indican en la figura correspondiente a la cuadricula del pórtico triangulado. En el caso de pantallas de rigidización de hormigón armado, se recomienda que su espesor y ancho se mantengan constantes o en su defecto la variación sea gradual y poco significativa, sean continuas en toda la altura de la construcción y, en el caso de que sea necesaria la presencia de huecos, estos se alineen verticalmente.
Estructura de la “Sierra Tower” del Campus de la Universidad de California, en Northridge:
Los esfuerzos horizontales y verticales deben canalizarse hasta la cimentación a través de los pilares del primer nivel. Aspectos llamativos que van en contra de un diseño sísmico conceptual son:
- La transición pilares-pantallas a partir del segundo nivel origina un cambio brusco en la rigidez.
- Sobre los pilares del primer nivel enlazan vigas de poca longitud y por tanto con una deformabilidad limitada, las cuales además se presume que deben soportar unos esfuerzos cortantes notables, por lo que si alcanzasen un estado límite último se podría originar un colapso de la estructura.
Deben evitarse, en la medida de lo posible, diseños que presenten soportes descansando sobre vigas (muy sensibles a las componentes verticales de los sismos) y vigas embrochaladas que son soportadas por otras (a las que pueden transmitir esfuerzos horizontales). Si esto no fuese posible, el modelo dinámico de las estructura debe contener en ese nudo un grado de libertad vertical, al objeto de tener en cuenta las acciones sísmicas verticales. A pesar de que la disposición en planta –del edificio de la figura citada- fuese rectangular (y por tanto con dos ejes de simetría ortogonales), un análisis dinámico utilizando métodos simplificados según un plano vertical y perpendicular al de la figura, se complicaría notablemente, ya que las propiedades estructurales no son uniformes a lo largo del mismo y el análisis de un pórtico interior difícilmente suministraría una respuesta extrapolable a los demás.

Extraido de Diseño sísmico conceptual de estructuras porticadas, de Luis Manuel Villa García