Introducción

Los seísmos o terremotos son los causantes de más de 14 millones de víctimas en todo el mundo desde 1775 cuando un seísmo destruyó la ciudad de Lisboa.

Las pérdidas económicas y el número de víctimas que se producen durante los terremotos dependen directamente del daño sufrido por las construcciones, por el elevado número de edificios vulnerables existentes en las zonas sísmicas.

Durante los seísmos se libera de forma brusca la energía de deformación acumulada durante períodos de tiempo elevados en las zonas de contacto entre las placas tectónicas, pudiendo producirse a mayor o menor profundidad de la corteza terrestre.

El foco o hipocentro es el lugar físico donde se produce. Puede ser superficial (entre 0 y 70 Km de profundidad), intermedio (entre 70 y 300 Km) o profundo (por debajo de los 300 Km).

El epicentro es el lugar de la superficie que está directamente encima de donde se ha producido la liberación de energía elástica. Los terremotos más destructivos son los más superficiales, especialmente si ocurren debajo de una zona habitada.

Las ondas de energía que se generan en el foco, llegan a la superficie (epicentro) y se propagan al terreno adyacente, lo que repercute en las estructuras de los edificios.

Vamos a analizar los efectos de los seísmos en las edificaciones a las que afectan, así como los parámetros o criterios a tener en cuenta en el proyecto y construcción de las mismas.

En España disponemos de una normativa sismorresistente de obligado cumplimiento, la actual NCSE-02, que entró en vigor en octubre 2002, que proporciona los criterios de actuación anteriormente mencionados.

La norma será de aplicación en aquellas construcciones en las que su destrucción por el terremoto pueda: ocasionar víctimas, interrumpir un servicio para la colectividad o que sea imprescindible, producir importantes pérdidas económicas o pueda dar lugar a efectos catastróficos (hospitales, edificios e instalaciones básicas de comunicaciones, para centros de organización y coordinación de funciones para casos de desastre, edificios e instalaciones vitales de medios de transporte, etc.); así como en los casos en que la aceleración sísmica básica sea igual o superior a 0,04g y cuando siendo mayor que 0,08g los pórticos no estén bien arriostrados entre sí. Será de aplicación además en aquellos edificios de más de 7 plantas en los que la aceleración sísmica de cálculo es mayor que 0,08g. El valor de la aceleración dependerá de la ubicación de la construcción, entre otros factores.

^{Fig. 1. Mapa de peligrosidad sísmica. Se indican los valores de la aceleración sísmica. (NCSE-02)}

La NCSE-02 deroga a la anterior NCSE-94, disponiendo de un plazo de 2 años para ajustar los proyectos y construcciones de nuevas edificaciones a la normativa actual.

Estructuras de hormigón armado

1.- DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS

DESCRIPCIÓN

Podemos entender por daños directos los que ocurren físicamente en las estructuras durante los terremotos. Así mismo, se dan otros daños indirectos: producidos por fuego, liberación de materias peligrosas, inundaciones por fallo de diques o presas, desprendimientos de objetos o de elementos estructurales o no estructurales, etc.

Dentro de los daños directos existen diversos grados hasta llegar al colapso de la estructura. Si bien un cúmulo de daños leves a moderados puede llevar a la consideración de ruina económica del edificio, procediendo su demolición.

En estructuras de hormigón armado, las lesiones que podríamos considerar como leves o de grado medio, previas al colapso parcial o total de la estructura, serían:

(A) Daños en elementos verticales

• Deslizamiento o punzonamiento de los pilares en los capiteles de las estructuras reticulares provocadas por tensión diagonal.
• Agrietamiento inclinado de los pilares, provocado por tensión diagonal. Las grietas pueden orientarse en una dirección, o en dos formando una cruz, por efecto de la inversión de esfuerzos.
• Agrietamiento inclinado de los pilares en una sola dirección, sobretodo en estructuras que sufren asentamientos diferenciales antes o durante el terremoto.
• Desprendimiento y desmoronamiento del hormigón en los pilares, así como pandeo del acero de refuerzo.
• Agrietamientos diagonales en cruz en muros de carga, provocados por tensión diagonal al haber exceso de carga en ambos sentidos.

^{Fig. 2. Detalle de daño en un pilar}

• Desmoronamiento inclinado de las vigas en la proximidad de sus extremos provocado por la tensión diagonal. Pueden aparecer dos grietas formando una cruz como consecuencia de la inversión de esfuerzos.
• Desprendimiento y desmoronamiento del hormigón en la parte inferior de las vigas cerca de la unión con los pilares, debido al exceso de compresión por flexión y al pandeo del acero de refuerzo del lecho inferior de las vigas. En algunos casos puede existir el mismo tipo de daño en la parte superior e inferior de las vigas causado por inversión de momentos flectores.

^{Fig. 3. Detalle de daños sufridos en un edificio}

ORIGEN

Los daños producidos por los terremotos y su magnitud dependen de varios factores, como son:

• la fuerza del movimiento
• la duración de la sacudida
• tipo de suelo, ya que modifica las características de las sacudidas
• tipología de las construcciones
• cimentación inadecuada, insuficiente o mal arriostrada
• terrenos con pendiente pronunciada falta de separación entre edificios colindantes

En lo que se refiere a la tipología de las construcciones se hace una evaluación del riesgo sísmico en zonas urbanas, mediante el método del índice de vulnerabilidad (GNDT 1986). A partir de los datos obtenidos en una inspección post-terremoto, se obtienen los índices de vulnerabilidad (calificación de calidad del diseño y construcción sismorresistente de los edificios) y de daños que sufre una estructura. Ambos índices se relacionan para cada tipología estructural y para cada grado de intensidad sísmica.

^{Fig. 4. Funciones de vulnerabilidad para edificios porticados de hormigón armado con vigas planas}

^{Fig. 5. Funciones de vulnerabilidad para edificios porticados de hormigón armado con forjados reticulares}

Uno de los factores determinantes de la vulnerabilidad reside en la insuficiente ductilidad de las estructuras edificatorias, es decir su comportamiento frágil frente a los seísmos.
Hacemos hincapié en este factor ya que se trata de una característica intrínseca de la estructura.

 
Prevención de daños

CONCEPTO DE DUCTILIDAD

La ductilidad es una característica de las estructuras por la que éstas son capaces de deformarse en mayor o menor grado. Si dotamos de suficiente ductilidad a una estructura, ésta se deformará inelásticamente sin llegar al colapso y sin producirse una pérdida substancial de resistencia. Lo que supondría que la estructura habrá absorbido así la diferencia entre la demanda de resistencia ante un sismo real y la de proyecto del edificio.

Las estructuras de hormigón armado es de las tipologías estructurales que mayores patologías presentan, además de ser las de uso más generalizado en edificación.

La ductilidad estructural conseguida depende del armado de los elementos que componen la estructura, de su cuantía y de la propia ductilidad del acero de armar. El hormigón adquiere una cierta ductilidad cuando se confina mediante un refuerzo transversal dispuesto en forma de estribos.

PREVENCIÓN DE DAÑOS. CONCEPTOS GENERALES
Para reducir la vulnerabilidad de los edificios de hormigón armado ante solicitaciones de carácter sísmico, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos que podemos agrupar en:

1.- Plantear tipologías edificatorias adecuadas, en función de la zona sísmica en la que se va a construir, valorando aspectos como: altura, edificios colindantes, distribución de masas, simetría, continuidad de la estructura, etc.

2.- Utilizar sistemas estructurales adecuados para las zonas sísmicas, evitando errores de diseño.

• Emplear materiales de construcción adecuados, tales como aceros de alta ductilidad y hormigones de buena calidad, y una correcta puesta en obra.
• Soluciones adecuadas de encuentros y uniones para el sistema estructural.

SISTEMAS ESTRUCTURALES

Edificios porticados. Barras conectadas en los nudos cuyos elementos estructurales han de cumplir condiciones referentes a la cuantía mínima del acero de refuerzo, longitudinal y transversal, así como ciertas relaciones mínimas ancho-espesor para los mismos.

• Englobados en este punto están los edificios porticados con vigas planas que no son eficientes frente a acciones sísmicas.

• Los edificios porticados prefabricados con elementos de barras no son adecuados en un diseño sismorresistentes, dada la dificultad para asegurar la resistencia y ductilidad en las conexiones entre vigas y pilares. En todo caso, de utilizarse sería imprescindible su adecuado arriostramiento mediante elementos de acero o bien muros de cortante in situ.

• Los edificios con pilares y losas tienen un comportamiento sísmico inadecuado. Esta estructura presenta dificultades para transmitir las tensiones tangenciales entre pilares y losas, lo que puede llevar a un fallo frágil. Aún sin llegar al colapso, los desplazamientos horizontales provocados por las acciones sísmicas son excesivos.

• Cuando se trata de edificios de pilares y forjados reticulares, la vulnerabilidad sísmica es muy alta. Tienen tendencia a la aparición de fenómenos de punzonamiento de los forjados como consecuencia de su alta flexibilidad lateral, esto se traduciría en grandes desplazamientos sísmicos en la estructura.

Edificios apantallados. Los muros de hormigón armado ofrecen una resistencia a cortante o arriostramiento frente a las solicitaciones horizontales derivadas de las acciones sísmicas.

Edificios porticados con muros. Los pórticos de hormigón armado colaboran con los muros de cortante o arriostramiento para proporcionar la resistencia lateral necesaria, lo que minimiza los desplazamientos horizontales.

Edificios con núcleo central. El edificio se proyecta con un concepto global de la estructura de forma que las instalaciones y comunicaciones generales se concentran en un punto –núcleo central- que se constituye en elemento rigidizador del conjunto, reduciendo los desplazamientos laterales. Es importante disponer el o los núcleos reduciendo al mínimo la excentricidad, para evitar la torsión global en la estructura.

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