17.3.11

ESTRUCTURAS SISMO RESISTENTES

Tipologías de edificios utilizados en zonas sísmicas
El uso de tipologías estructurales tradicionales, cuya utilización quizás por inercia y causas diversas, no han sido abandonadas, son fuente de diversos daños debidos a los errores de diseño, conceptuales y de construcción que se cometen en las mismas. Por ello, el primer paso de cara a un diseño es elegir un sistema estructural que frente a las acciones sísmicas se comporte de forma satisfactoria (sin dejar de cumplir el resto de finalidades o funciones que dieron lugar a su construcción, ya que las obras no se construyen solo para que resistan). En la actualidad existe unanimidad de criterio por parte de los especialistas en diseño, según el cual, en el diseño sismo resistente de edificios antisísmicos, deben utilizarse tipologías que posean la mayor ductilidad posible, es decir que tengan gran capacidad de deformación, sin una disminución significativa de su resistencia.
Las tipologías estructurales más utilizadas hoy en los diseños de edificios antisísmicos son las siguientes:
- Edificios porticados, propiamente dichos, constituidos por retícula de vigas y pilares.
- Edificios apantallados, constituidos por pantallas de hormigón armado o mampostería y habitualmente junto con entramados de vigas y pilares. La misión de las pantallas es soportar las acciones horizontales (predominantemente contenidas en su plano) mientras que los pórticos soportarían las cargas verticales.
- Edificios con sistema dual, en los cuales los pórticos de hormigón armado colaboran con elementos de arriostramiento (pantallas) y/o núcleos rígidos, situados en paños ciegos de las fachadas los primeros y en las cajas de escalera los segundos.
En algunas zonas sísmicas es utilizada –además de las tipologías ya citadas- bastante otra tipología estructural de edificio de placas planas y columnas, la cual no se comporta de forma satisfactoria frente a acciones sísmicas, ya que presenta:
- Desplazamientos horizontales excesivos, debido a que la rigidez de la unión placa y pilar no es suficientemente alta, a lo que hay que añadir que las placas –en el caso de que no estén aligeradas (por ejemplo con elementos cerámicos)- presentan con relación a los forjados una masa mayor, lo cual favorece estos desplazamientos.
- Dificultades en la transmisión de los esfuerzos cortantes entre columnas y lacas dado que el canto de estas últimas, es generalmente menor que el de las vigas correspondientes a una planta de forjados, lo que puede llevar a un fallo frágil.
Otra tipología que prácticamente no se utiliza en los diseños actuales, pero en la que sin embargo continúan los estudios de la misma –por el hecho de que la mayoría de construcciones antiguas situadas en zonas sísmicas son de este tipo- es la de edificios de paredes de carga, constituidas por mampostería o fabrica (de ladrillo o bloques).
Criterios de diseño
Si se pretende obtener una estructura bien diseñada, el empleo del diseño conceptual –basado en soluciones cualitativas- es obligado. Dada la gran cantidad de soluciones que el técnico puede crear para una misma necesidad y con el fin de evaluar el comportamiento de las mismas al objeto de decantarse por la mejor opción, existen fundamentalmente dos alternativas:
- Emplear criterios heurísticos, basados en experiencias con diseños previos.
- Utilizar criterios cualitativos, basados en leyes físicas.
En lo que resta del presente artículo, se desarrollan exclusivamente los primeros.
Forma y disposición del conjunto
Con el objeto de obtener un comportamiento más adecuado frente al sismo, es muy conveniente seguir las recomendaciones de diseño –referentes a la forma y disposición del edificio- que a continuación se indican.
Disposición en planta
La experiencia ha demostrado que las estructuras simétricas (tanto en planta como en alzado) frente a una respuesta lineal o no lineal, tienden a distribuir bien los esfuerzos, evitando concentraciones de daño.
Lo ideal sería buscar una disposición en planta con dos ejes de simetría ortogonales, también de elementos de arriostramiento y no intencionadamente estructurales. Disposiciones en planta con un único eje de simetría o con ninguno se paran el centro de masas del de rigidez, no siendo aptas para cálculos por los métodos simplificados descritos por diversas normativas y dando lugar a esfuerzos internos de difícil evaluación, como consecuencia de la aparición de acciones de flexión acopladas con otras de torsión. Es decir, en cualquier nivel del edificio, la fuerza de inercia inducida por el sismo actúa a través del centro de masas de los niveles superiores, mientras que la resultante de las fuerzas resistentes actúa en el centro de rigidez de los elementos resistentes del nivel de consideración. Si la estructura no tiene simetría dinámica, el centro de rigidez en un piso dado y el centro de masas por encima de ese piso no coinciden. En estas circunstancias se desarrolla un momento de torsión en el piso igual al producto del cortante del piso multiplicado por la excentricidad entre centros medida en la dirección normal a la dirección de la acción del sismo.
Si por necesidades de ubicación en planta, forma de la parcela u otras, fuese imprescindible la utilización de disposiciones no simétricas, es aconsejable independizar cuerpos de la construcción mediante juntas verticales.
La importancia de la disposición simétrica aumenta con la altura, en edificios “rígidos” no son generalmente de temer estos efectos. Incluso en algunas circunstancias, en las que el centro de masas coincide con el de torsión en plantas muy alargadas, se pueden dar frecuencias naturales de traslación acopladas con las de torsión, por lo que es una disposición a evitar.

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