TIPOLOGÍAS ESTRUCTURALES
A) Estructuras de hormigón armado
- Descripción de los daños
Entenderemos 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. 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.
b) Daños en elementos horizontales:
• 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.
- 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.
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. (Característica intrínseca de la estructura).
- 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. Entre los que se encuentran:
• 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.
• Los edificios con pilares y losas tienen un comportamiento sísmico inadecuado.
• En el caso de edificios de pilares y forjados reticulares, la vulnerabilidad sísmica es muy alta.
• En los 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.
B) Estructuras de acero
En este caso:
• Se producen mayor número de fisuras en cerramientos y tabiquerías.
• En las edificaciones de bastante altura se producen frecuentes desprendimientos de los cerramientos de fachadas, siendo las plantas altas las más afectadas.
• Las estructuras metálicas, cuando son muy esbeltas y tienen unos soportes muy resistentes, caen muy fácilmente.
• Se presentan fallos en la base de los pilares: aparición de fisuras en la conexión soldada entre la columna y la placa base.
• Fallos en la parte baja de las conexiones viga-pilar (menores en la parte superior)
C) Estructuras formadas por muros de carga de fábrica y forjados de madera se van a producir:
• Agrietamientos diagonales en forma de cruz.
• Desprendimiento de pequeños trozos de revestimiento.
• Colapso parcial de chimeneas y también su rotura por la línea del tejado.
• Se sueltan tejas del tejado.
• Se dañan elementos individuales no-estructurales (tabiques, hastiales y tejados).
En este tipo de estructuras los daños son debidos a las siguientes causas:
a) En las estructuras de acero, debido a su mayor elasticidad, se producen mayores deformaciones.
b) Inadecuado procedimiento constructivo de las soldaduras entre placa-pilar o pilar-viga.
c) Pandeo global y local de vigas y pilares metálicos que tras varios ciclos de inversión de la deformación produce la fractura del acero.
d) Debido a que el forjado tiende a deformarse se incrementan los esfuerzos en la parte inferior de la viga.
e) Las estructuras de muros de carga de fábrica y forjados de madera son más vulnerables debido a su deterioro y a la falta de refuerzos, rigidez y núcleos rígidos a nivel de pisos o techos que repartan los efectos sísmicos a los muros orientados en cada dirección.
Prevención de daños
- Concepto de 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.
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:
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.
Otras reglas de diseño y prescripciones constructivas a tomar en cuenta:
• Evitar construir en laderas con tendencias a deslizamientos.
• En caso de construir en ladera, evitar la coexistencia en una misma unidad estructural de sistemas de cimentación superficiales y profundos.
• Cimentar sobre un terreno de características geotécnicas homogéneas. De presentar discontinuidades, se dispondría de juntas que independizaran unas partes de otras.
• Emplear estructuras flexibles en suelos firmes y estructuras rígidas en suelo blando.
• Según se desprende del cálculo de cargas sísmicas horizontales, para un mismo tipo de terreno dicha carga sísmica varía en función del tipo de cimentación. Según esto, el orden de adecuación ante sismo de los sistemas de cimentación sería: losa continua, pilotes resistentes a punta, pilotes por fuste, zapatas corridas y, en último caso, zapatas aisladas.
• Antes de construir, es conveniente saber si se puede producir la licuefacción del terreno sobre el que se va a apoyar el edificio.
• Debe garantizarse el atado en dos direcciones de los elementos de cimentación.
• Los sistemas de forjado de hormigón colocado in situ, constituyen diafragmas horizontales suficientemente rígidos para transmitir los efectos sísmicos a los muros resistentes en cada dirección, lo que mejora notablemente el comportamiento tanto bajo fuerzas laterales debidas al sismo como bajo el efecto de hundimientos diferenciales en zonas de terreno compresible.
