apéndice 2 y 3

Apéndice 2 Ejemplos de diseñosísmico

223

224 EJEMPLOS DE DISEÑO SÍSMICO

Introducción En este apéndice se hace una descripción del proceso de diseño sísmico, destacan-do particularmente los aspectos de configuración para dos edificios con requisitossísmicos especialmente rigurosos.

El hospital de la Administración de Veteranos, con 500 camas, en Loma Linda,California, se abrió en septiembre de 1977. Debido a que se diseñó para restituir lasinstalaciones del hospital de la Administración de Veteranos destruido durante el te-rremoto de 1971 en San Fernando, y puesto que por consideraciones demográficasse necesitó que estuviera situado en una área de sismicidad extremadamente alta, eledificio constituye un interesante ejemplo de diseño sísmico cuidadoso.

El proyecto fue muy notable en la medida en que los aspectos del diseño sísmicotuvieron gran influencia sobre la configuración de este edificio grande y complejo. Almismo tiempo, el proyecto es aleccionador porque demuestra que el reconocimien-to temprano de las determinantes del diseño sísmico por todo el equipo de diseño yun serio enfoque interdisciplinario desde la concepción del diseño, pueden permitirque se logren con igual eficacia los requisitos tanto del diseño sísmico y de la planifica-ción del hospital, como de la economía.

El Hotel Imperial, en Tokio, Japón, diseñado por Frank Lloyd Wrightaprincipiosde la década de 1920, ofrece un sorprendente contraste. Para este gran edificio, si-tuado sobre un suelo muy poco resistente en una área conocida de alta sismicidad,el arquitecto asumió la responsabilidad total por un concepto innovador de diseñosísmico que era diametralmente opuesto al conocimiento convencional de la época.Alrededor de su diseño surgió un mito de infalibilidad, que se comprobó duranteel gran terremoto de 1923 en Tokio. Los hechos son un poco distintos del mito, yprobablemente los menos efectivos fueron los aspectos más innovadores del diseño,a los que el arquitecto dio gran publicidad. Sin embargo, el edificio obedecía a mu-chas de las reglas de configuración que se han estudiado en estas páginas, y el buencomportamiento del edificio se puede atribuir esencialmente a ello.

Hospitalde la Administraciónde Veteranos, LomaLinda, California

Ei valle de San Bernardino tiene una gran actividad sísmica, y el terreno que final-mente se eligió para el nuevo hospital tiene 11 fallas activas conocidas dentro de unradio de 65 millas, incluyendo la falla de San Jacinto y dos segmentos de la falla deSan Andrés.

Se pensó que la falla de Loma Linda, potencial mente activa, estaba situada muycerca del terreno, y después de estudios intensivos se concluyó que la localizaciónmás probable de la falla estaba de 60 a 120 metros al suroeste del sitio, que no eramuy probable la ruptura superficial y que la amplificación del suelo no tenía impor-tancia.

Los asesores recomendaron que los sismos de diseño se deberían considerar deuna magnitud de 8+, con una duración de 35-40 segundos sobre la falla de San An-drés, y una magnitud de 6.5-7.25, con una duració,n de 20 segundos sobre la fallade San Jacinto, a distancias del lugar de 11.3 y 2 kilómetros, respectivamente. Eledificio se debía diseñar para una aceleración máxima de 0.5g. Los componentes noestructurales esenciales o dañables, potencial mente se debían de diseñar para unaaceleración de 2.0g. Se calcularon espectros de respuesta en la superficie para por-centajes del amortiguamiento estructural crítico de 5 a 10%, los que mostraron quelos picos de los espectros de respuesta se presentaban a 0.3 segundos para la falla deSan Jacinto y de 0.8 segundos para la de San Andrés.

Para la configuración horizontal de poca altura considerada adecuada para Lo-ma Linda, se usó el espectro de San Jacinto porque sus puntos máximos coincidíanaproximadamente con el período probable del edificio. No se consideró razonable

postoperatorio.

HOSPITAL DE LA ADMINISTRACIÓN DE VETERANOS, LOMA LINDA, CALIFORNIA 225

suponer que el período del edificio se pudiera alargar hasta el punto máximo delespectro de San Andrés.

Algunas de las determinantes de fuerza de diseño que se evaluaron dependían delconcepto de configuración del edificio. Las principales consideraciones sobre la con-figuración del edificio fueron las siguientes:

1. Geometría del terreno. El gran terreno de 16 hectáreas permitió a los diseña-dores considerar un edificio independiente y sin restricciones por la geometría delterreno. El área del lugar era suficiente para permitir la consideración de un edificiorelativamente bajo, distribuido en forma horizontal.

2. Programáticas. Los estudios de investigación sobre la organización y planifica-ción de hospitales, realizados por los arquitectos antes del proyecto de Loma Linda,habían establecido algunas ventajas de la distribución horizontal, definidas comoplantas en que las áreas clínicas y de diagnóstico se sitúan en el mismo piso que las

áreas de cuidado de enfermos, en vez de concentrarlas en una estructura base conec-tada verticalmente con las funciones relacionadas con las camas.

Las ventajas se relacionaban en general con el aspecto de transportación, las cualesse estudiaron en forma separada por los arquitectos durante la fase del diseño esque-mático del hospital Loma Linda, bajo un contrato separado de la Administración deVeteranos. Por la experiencia con los hospitales AV planeados verticalmente, se ha-bían detectado algunos problemas para establecer una circulación adecuada, ya quela concentración de la circulación vertical en una sola torre tendía a provocar unasobresaturación o un desperdicio de capacidad dependiendo de la hora del día. Elpersonal del hospital señaló también una preferencia general por el movimiento ho-rizontal, en vez del vertical, indicando que sería conveniente una reducción de lacirculación vertical para pacientes graves, por ejemplo, durante el período pre y

3. Estéticas. El diseño de hospitales tiende a ser dominado por la solución deplantas muy complejas y por los problemas de servicio y equipo, y la apariencia tien-de a ser un aspecto secundario. La ciudad de Loma Linda deseaba que el estableci-miento del hospital fuera "parecido a un parque". En respuesta a este deseo, y a laescala relativamente pequeña de los alrededores inmediatos al terreno, parecía apro-piada la imagen de un edificio bajo, sin un carácter su! géneris, situado hacia el cen-tro del terreno. Por sus 65,000 metros cuadrados aproximadamente, el edificio seríamuy grande, pero su altura relativamente baja y el gran tamaño del terreno ayuda-rían a reducir el impacto del edificio sobre la comunidad (figura A2.1).

4. Sistema constructivo. El hospital Loma Linda se propuso como una demostra-ción del Sistema de Edificios Hospitalarios de la Administración de Veteranos, quese había desarrollado durante varios años por el mismo equipo de asesores responsa-bles del diseño de este hospital. El sistema constructivo consistía en un conjunto deconceptos de diseño cuidadosamente creados con el fin de racionalizar y organizarel diseño preliminar del hospital.

Los aspectos estructurales del sistema consistían en un sistema de estructuracióna base de columnas y vigas, con claros moderados y de pisos de poco peralte, congrandes alturas de piso a piso y elementos resistentes a las fuerzas laterales concen-trados en la torre de servicio y en el extremo de cada uno de los módulos de servicioque juntos forman cada piso del edificio. No se había previsto la posibilidad del usodel sistema en las condiciones sísmicas extremas que se habían dado en Loma Lin-da, pero el enfoque estructural permitió que los severos requisitos sísmicos se satis-facieran con buen éxito.

Los requisitos de planificación y estéticos, entonces, propusieron un edificio bajo,con planta amplia, que coincidió muy bien con ei diseñosísmicorígidoque reduciríael desplazamiento de pisos, y en consecuencia, los daños arquitectónicos, mecáni-


Figura A2.1 La gran planta tipo parquedel Hospital de la Administración de Ve-teranos en Loma Linda.

eos, eléctricos y de contenido, y la pérdida de la capacidad operativa. Además, eledificio bajo y rígido tendría un período más corto y posiblemente una respuestamás baja que los puntos máximos de los espectros de respuesta proyectados de 0.3y 0.8 segundos de las dos fallas cercanas. La única manera de modificar la respuestadel edificio para alejarla más de la respuesta máxima del suelo, sería desarrollar unaestructura flexible y de gran altura que sería inconveniente desde todos los otrospuntos de vista considerados.

Los requisitos anteriores fueron expresados específicamente por los ingenieros enestructuras como un diseño preferible de no más de cuatro pisos, simétrico respec-to a los dos ejes de la planta y respecto a su sección. Cualquier configuración com-pleja se subdividiría de tal modo que cada componente, de ser posible, cumplieracon estos requisitos. Conforme a esto, los arquitectos estudiaron con cierto detallealgunos esquemas usando edificios solos y múltiples de tres, cuatro y cinco pisos,empleando todo el sótano, la mitad de éste y sin sótano (figura A2.2). Al evaluar laresistencia sísmica, se consideraron la simetría, la disponibilidad de muros de cor-tante, los requisitos de juntas de separación y la continuidad de las rigideces verti-cales.

En todas las soluciones en que se emplearon sótanos se producían discontinui-dades verticales de rigidez en el nivel del primer piso. Las soluciones de edificiosmúltiples requerían muchos puentes de conexión para conservar una circulación ra-zonable, los cuales a su vez requerirían muchas juntas sísmicas.

La configuración elegida fue la más sencilla de todas las estudiadas: un bloque sen-cillo, con planta casi cuadrada, sin sótano y con una disposición simétrica de cuatropatios dentro del bloque. Los patios son relativamente pequeños. La planta teníauna distribución regular de muros de cortante en todo el conjunto, que se prolon-gan de manera ininterrumpida desde el techo hasta la cimentación y tienen una con-tinuidad directa en planta con los miembros estructurales (figura A2.3 a A2.5).

La distribución de la planta y la circulación del edificio se relacionaron cuida-dosamente con la posición de los muros de cortante para obtener una penetraciónmínima de éstos y una distribución de planta departamental y pública claramentedefinida y fácilmente accesible. El resultado final es notablemente libre en ambosrenglones. Las ocho torres de servicio (cuatro en cada extremo) permiten la coloca-ción de los muros de cortante principales (figura A2.6). Cada torre tiene dos murosde cortante en el sentido este-oeste y otro en el sentido norte-sur. Este último es

HOSPITAL DE LA ADMINISTRACIÓN DE VETERANOS, LOMA LINDA, CALIFORN IA 227

Figura A2.2 Diseños esquemáticos de lasalternativas preliminares estudiadas porlos arquitectos.

un muro interior atravesado por grandes duelos y otros servicios horizontales. Sinembargo, estas aberturas se repiten y controlan cuidadosamente, y el uso de un mu-ro interior permite que estos muros de cortante sean continuos con el marco peri-metral del edificio. Esto no sería así si se hubieran usado los muros extremos de latorre (figura A2.7).

En el sistema resistente lateral general se emplean muros de cortante de concretoy un marco "de apoyo" dúctil resistente al momento. El sistema original rígido demuros de cortante se diseñó para un alto nivel de fuerza, de modo que la estructuratenderá a tener deflexiones laterales pequeñas debido a los sismos de diseño que secomentaron antes. El desplazamiento máximo calculado de piso a piso fuealrededorde 0.004H, muy dentro de los intervalos convenientes aceptados para hospitales.

Figura A2.3 Corte a través de los patios,mostrando los muros de cortante en losextremos. O 1020 40


Figura A2.4 Planta de estructuración tí-pica.

figura A2.5 Planta del tercer piso, mos- [̂ 1 Elevador' i ando la distribución de la circulación. 3E Escalera

Norte p±=.

O W 2 0 4 0 PIES

HOSPITAL DE LA ADMINISTRACIÓN DE VETERANOS, LOMA LINDA, CALIFORNIA 229

Figura A2.6 Elevaciones de la entrada.

Figura A2.7 Penetración controlada delos muros de cortante para corredores yduelos de servicio.

La posibilidad de que el marco de apoyo sea obligado a trabajar a toda su capaci-dad se consideró pequeña, pero en vista del tamaño y la importancia de la instalaciónasí como de la incertidumbre del cálculo de la naturaleza del movimiento del suelo,dicha posibilidad no se podía ignorar.

En la figura A2.8 se muestra un detalle del marco estructural básico. Tres vigasmaestras de acero, situadas a 12.34 metros de centro a centro, orientadas en direc-ción longitudinal, cubren claros de 6.86 metros entre columnas. En dirección trans-versal, las vigas de acero, trabajando de conjunto con la cubierta de acero y el pisode concreto, están a cada 3.43 metros centro a centro. La separación entre colum-nas de 6.86 metros por 12.34 metros se mantiene constante en todo el conjunto,exceptuando los claros de 16.46 metros en los patios interiores.

Cada módulo de servicio está formado por 16 crujías, cada una de 6.86 metrospor 12.34 metros y una torre de servicio. Hay un total de ocho módulos de servi-cio por nivel.

Los muros de cortante están siempre situados en el perímetro de los módulos deservicio para reducir al mínimo las interferencias en la distribución de la planta. Lasvigas maestras interiores están situadas por abajo de las viguetas para reducir al mí-nimo la interferencia con la instalación de plomería que va por encima de las vigasy entre las viguetas, y para mantener la continuidad de las viguetas a través del mó-dulo. Debido a la organización de los servicios, todas las vigas maestras y viguetas

230 EJEMPLOSDE DISEÑO SÍSMICO

Figura A2.8 Detalle de la estructuracióntípica. [Redibujado, con autorización, deWilliam T. Holmes, "Seismic Design ofthe Veteran's Administraron Hospitalat Loma Linda, California", en FranklinY. Cheng, editor, Proceedings of the In-ternationa/ Symposium on EarthquakeStructural Englneering (St. Louis: Uni-versidad de Missouri-Rolla, 1976).]

carecen de aberturas. Estas características del marco son aspectos de diseño del sis-tema que se elaboró durante el estudio de investigación preliminar.

Los muros de cortante están diseñados como muros "de relleno" que simplemen-te cierran partes de la estructuración de acero del conjunto. Las ventajas de esta dis-tribución son:

1. Siempre hay viguetas o vigas maestras paralelas y alineadas con los muros paraservir como colectores de fuerzas laterales.

2. La continuación de estos miembros a través del muro permite la transferenciadirecta de fuerzas del diafragma hacia el muro.

3. Las columnas en los extremos de los muros forman los patines dúctiles que serequieren para el trabajo en flexión de los muros.

4. Los miembros del marco están en la posición correcta para proporcionar so-porte vertical para la carga muerta del muro de cortante.

El grosor del muro van'a de un mínimo de 12 a un máximo de 24 pulgadas. El pe-so del marco de acero es de 16.5 Ib/pie2.

Hotel Imperial, Tokio En la corta historia del diseño sísmico destaca un edificio al capturar la imaginaciónde los periodistas y los historiadores de la arquitectura, en gran medida a causa deuna situación teatral afortunada brillantemente explotada por el creador del edifi-cio. El Hotel Imperial, en Tokio (figura A2.9), diseñado por Frank Lloyd Wright, seabrió en julio de 1923. El punto principal en la publicidad dada a la evolución delproyecto era su diseño sísmico innovador, ¡mplementado por el arquitecto, en direc-ta contradicción con los principales prevalecientes de la ingeniería. En septiembre

HOTEL IMPERIAL, TOKIO 231

.

Figura A2.9 Vista aérea del Hotel Impe-rial, Tokio, en los años 1960, antes de lademolición para construir un nuevo ho-tel de gran altura en el mismo sitio. (Fo-tografía de Priscilla Dunhill, "Réquiemfor a Masterpiece", Architectural Forum,mayo de 1968).

de ese año, la provincia de Kanto fue sacudida por uno de los más grandes terremo-tos de la historia, y el Hotel Imperial se mantuvo firme y sin daño alguno, solo, enmedio de la desolación; era la vindicación triunfal del genio de su diseñador. Estefue el mito, cuidadosamente nutrido por Wright: los techos son algo diferentes.

El diseño del Hotel Imperial fue un notable episodio en la historia del diseño sís-

mico, no disminuido por la mitología creada alrededor de su historia. El arquitectoasumió un grado extraordinario de responsabilidad en el diseño sísmico, que seríaimpensable en el clima actual de riesgos y litigios. Paradójicamente, los aspectos deltrabajo sísmico que forman parte de la mitología enfatizada por su creador, fueronlos menos efectivos. Sin embargo, el edificio se comportó bien, por causas que yaeran tradicionales y no por las innovadoras. De estas razones, la excelencia delacon-figüíacicr. fue la más significativa.

En 1916, cuando Wright empezó el diseño del Hotel Imperial, el diseño sísmicoestaba aún en su infancia. Wright trató de ¡mplementar un diseño sísmico racionalbásico fundamentado en su conocimiento del fenómeno sísmico, y de obtener ¡deasespecíficas de diseño a partir de sus suposiciones básicas. Esto, por sí mismo, era in-novador, especialmente porque Wright era un arquitecto, no un ingeniero.

Wright tomó toda la responsabilidad por el diseñe. Había un ingeniero estructu-ral japonés para colaborar en el proyecto, Julius Hoto, quien hizo un diseño estruc-tural basado en el reglamento de construcción de Chicago. Hoto descubrió después


que Wright había tomado todos sus cálculos para los miembros de concreto reforza-do y luego los había ajustado personalmente 1).

Me dice ahora que, al construir ha hecho caso omiso de mis cálculos y que en todaspartes había sustituido las secciones por otras más ligeras, haciendo en efecto un di-seño en que eliminaba toda la resistencia que por lo común se provee para las cargasvivas. Respecto a esto, el escritor desearía comentar que esta reducción era comple-tamente lógica. Muchos ingenieros están de acuerdo en que los requisitos para car-gas vivas de nuestros reglamentos de construcción son demasiado severos...

Mucha de la confusión acerca del comportamiento del Hotel Imperial se debe alhecho de que Wright, con una comprensión extrañamente moderna de los medios,manejó personalmente la salida de información sobre sus proyectos, y a menudo, enaras de la publicidad y sus efectos, hizo declaraciones dramáticas, ingeniosas, perotan alejadas de lo que pensaba como de su exactitud técnica.

¿Qué sucedió con el hotel? Una fuente real es el informe sobre daños que suscri-bió la empresa aseguradora. Las aseguradoras dividieron todos los edificios de To-kio en cinco categorías de daño, que van del número 1, sin daño, al número 5, dañototal. El Hotel Imperial se clasificó en la categoría 2, pequeña cantidad de daño (fi-gura A2.10). Como señala Bradshaw 2) ésta era: "Una posición respetable para si-tuarse; sin embargo, muchos edificios, incluyendo algunos de los más grandes deTokio, estaban en la categoría número 1" (figura A2.11).

El Hotel Imperial tenía algunos muros agrietados en los corredores, el piso delcomedor se había deformado y requería recortar o calzar las columnas de concretopara reintegrarlo a su nivel, y los ventiladores, el equipo de cocina, las luces y otroselementos no estructurales estaban dañados. La tubería y el alambrado, que colgabanlibremente dentro de ductos o yacían libremente en canales de concreto por abajodel edificio, aparentemente se comportaron bien. Esta separación de componentesno estructurales fue muy precoz para su tiempo. La porción central del edificio sehundió unos 60 centímetros y subsecuentemente siguió hundiéndose 1 centímetropor año. Cuando el edificio se demolió en 1968, la parte trasera de la sección cen-tral se había hundido 112 centímetros.

Barón Okura, el principal defensor del desarrollo, envió inmediatamente un tele-grama a Wright, que decía 3):

EL HOTEL PERMANECE INCÓLUME COMO UN MONUMENTO A SU GENIO.CIENTOS SIN HOGAR ABASTECIDOS POR SERVICIO PERFECTAMENTEMANTENIDO. FELICITACIONES. OKURA.

fcfeN*.

Figura A2.10 Vista del Hotel Imperial des-pués del terremoto de 1923, mostrandotambién el edificio de manipostería deuna empresa aseguradora, en la parte pos-terior. [Fotografía de Earthquake andBuilding Constructíon (San Francisco:Clay Products Institute of California,1929).]

HOSPITAL IMPERIAL, TOKIO 233

Figura A2.11 Estación de ferrocarriles deTokio, "sin daños", según un informecontemporáneo. [Fotografía de Earth-quake and Building Construction (SanFrancisco: Clay Products Institute of Ca-lifornia, 1929).]

Como Farr señala 4):

La publicación de este mensaje en los periódicos fue el inicio del mito amplia-mente conocido y publicado de que el Hotel Imperial era el único edificio en Tokioque soportó el terremoto. Sin embargo, esto estaba muy lejos de ser verdad.

Por ejemplo, tres grandes estructuras diseñadas por el Dr. Tachu Naito, una delas cuales tenía 30 metros de alto (el límite de altura en ese tiempo), resultaron vir-tualmente sin daño. Naito fue una figura sobresaliente del diseño sísmico, defensorde las estructuras "rígidas", y los conceptos introducidos por él y otros ingenierosjaponeses siguen influyendo hasta la fecha.

Sin embargo, el comportamiento del edificio fue ciertamente aceptable. Un as-pecto importante del comportamiento radica en la construcción de los muros decarga exteriores. Los muros estaban compuestos por una capa exterior de tabiquesólido, una capa interior de bloques huecos y alineados, y una cavidad intermedia,rellena en su totalidad de concreto. Debido a unas declaraciones posteriores de Wright,existe cierta confusión acerca de si los muros estaban reforzados, aunque parece quesí, pero que Wright ya sea por lograr un efecto contrastante o por ignorancia (al es-cribir muchos años después sobre el diseño y la construcción) confundió este aspec-to (figura A2.12).

La propia publicidad de Wright dio mayor relieve a los sistemas de cimentaciónque él había creado, que es una combinación de pilotes cortos y zapatas corridas (fi-gura A2.13). El estudio completo de este tema no tiene importancia aquí, pero sepuede señalar que puesto que había una capa suave de 2.4 metros de tierra super-

Figura A2.12 Método de construcciónde los muros. Nótese que en el croquisse omite el refuerzo de acero. (Dibujoreproducido de Liberty, diciembre, 3,1929).

Figura A2.13 Técnica de construcción dela cimentación, (Dibujo reproducido de

Liberty, diciembre 3, 1927).

Ejemplo de construcciónde doble pared

Ejemplo de espigas1

de concreto bajolos muros


*

•

ficial saturada de agua y abajo de ésta cuando menos 23 metros de aluvión, es pro-bable que el lodo subyacente, en vez de ser "un recurso misericordioso o un buencolchón", tal vez amplificó el movimiento del suelo. Al mismo tiempo, es probableque haya filtrado el componente de período corto y transmitido un movimiento deperíodo largo a la superficie. Como el edificio tenía un período corto, se redujo almínimo la cuasi-resonancia de la estructura y el suelo. Esto no formaba parte de laestrategia expresa de Wright, pero puede considerarse como parte de la explicaciónde la manera en que se comportó el edificio.

Quizá el más importante factor de diseño sísmico en el hotel fue su división enpequeñas unidades componentes, que combió una planta compleja con muchas es-quinas entrantes por un conjunto de pequeños cajones rígidos, cada uno con unaplanta de 10.67 X 18.29 metros. Sin embargo, la explicación de Wright es más dra-mática que analítica. Wright escribió que 5):

Resolvimos el problema de la amenaza sísmica llegando a la conclusión de que la ri-gidez no podía ser la respuesta, sino la flexibilidad y la elasticidad. ¿Por qué ir con-tra el terremoto? ¿Por qué no simpatizar con él y engañarlo?

No obstante, según estos comentarios, Wright no previo, como lo haríamos hoy,algún tipo de estructuración dúctil. El método de Wright para crear una 6):

. . . estructura flexible en vez de una insulsa estructura rígida (consistió en) dividirel edificio en varias partes. Cuando las partes eran necesariamente más largas de 18metros, unir estas partes, separándolas a través de los pisos, muros, zapatas y todo,y tratar las juntas en el diseño.

La sola regularidad y simetría de las unidades componentes del edificio fueronsin duda útiles tanto para evitar la torsión indebida como para equilibrar las altera-ciones en las cargas laterales y verticales (figura A2.14).

Lo que hoy es notable de inmediato es que Wright usó las juntas de separaciónsísmica de una manera muy general. Parece haberlo hecho sin tomar en considera-ción los desplazamientos diferenciales que podrían ser causados por una onda super-ficial que cruzara el sitio, ondulando por abajo de su edificio largo y sin considerarlos movimientos de vibración incompatibles dentro de él, y en los puntos de inter-sección, de las largas alas.

Las unidades componentes del edificio eran extremadamente rígidas, no "flexi-bles", y su comportamiento justificó por completo a Naito. Su período fundamen-tal era tal vez menor de 1/4 de segundo. Los muros de cortante del perímetro, juntocon los diafragmas rígidos y tal vez con cierta rigidez agregada por las columnas in-teriores, crearon un cajón muy rígido. Las numerosas divisiones longitudinales ytransversales deben haber rigidizado aún más la estructura.

Las unidades del hotel, además de ser pequeñas y rígidas, tenían distribuidas ver-ticalmente sus masas, de una manera muy favorable 7).

Los muros exteriores eran muy anchos, gruesos y pesados en su base, adelgazándo-se y aligerándose hacia su parte superior. Mientras que todos los edificios de Tokioeran pesados en su parte superior, el centro de gravedad se mantenía bajo contra losmovimientos oscilatorios de los sismos, y las pendientes de los muros constituían unaspecto estético del diseño.

Los muros tenían aberturas para pequeñas ventanas en los dos primeros pisos,mientras que el tercero tenía mayor número de aberturas. Cuando se aligeraba lamasa a medida que aumentaba la elevación bajo el nivel del terreno, en este diseñode fachada también se distribuía más material en los pisos más bajos, donde las fuer-

HOTEL IMPERIAL, TOKIO 235

Figura A2.14 Planta baja del Hotel Impe-rial, Tokio. Ninguna de las plantas de pi-so presentadas muestran la localizaciónde las juntas sísmicas que se describen enel texto. Las líneas punteadas son una su-gerencia de los autores. [Redibujada conautorización, de la Frank Lloyd WrightMemorial Foundation, de Frank LloydWright, The Work of Frank Lloyd Wright(The Wendingen edition) (Nueva York:Bramhall House, 1965).] PIES

zas son mayores (figura A2.15). La relación altura/ancho era aproximadamente de1. Como la ventanería y las masas del Hotel Imperial están notablemente relaciona-das con los primeros trabajos de Wright en el medio-oeste de EE.UU., no sería sen-sato asegurar que la forma estética del Hotel Imperial era solamente una adaptaciónfuncional a los problemas estructurales del diseño de un edificio en una región sís-mica, pero no obstante el resultado fue efectivo.

El uso que hizo Wright de la lámina de cobre ligera, en vez de la teja japonesa tra-dicional, aligeró el techo por un factor de cerca de 10, lo cual bajó más el centro degravedad y redujo el período de la estructura.

Debemos concluir que el heroico esfuerzo de Wright para cambiar el curso del di-seño sísmico falló, ya que sus conceptos tuvieron esc?" influencia en Japón o encualquier otra parte. Su edificio se comportó bien, pero su idea más innovadora, su


Figura A2.15 Construcción del techo yel muro exterior. (Dibujo reproducido deLiberty, diciembre 3, 1927).

•

La losade pisose prolongahacia lamarquesina

diseño de la cimentación, influyó de modo insignificante en la magnitud del sacudi-miento de suelo que afectaba al edificio y creó grandes problemas de asentamientos.Su respuesta emocional a la flexibilidad ocultó de hecho un concepto de diseño enque se empleó la rigidez tanto como sus más fieles defensores hubieran podido de-sear, y escondió también el hecho de que el edificio se adelantaba a su época en elempleo de juntas de separación sísmica para darle "flexibilidad". En la construccióny materialización de las formas del edificio, empleó conceptos tradicionales que sonefectivos desde siempre. El frío análisis de la retórica de Wright no debe reducir suslogros, ya que la historia del Hotel Imperial permanece como un recuerdo de auda-cia en el diseño que ha de ser única en nuestro siglo.

Referencias Los aspectos de ingeniería del análisis de Loma Linda, se basan en William T. Hol-mes, "Seismic Design of the Veteran's Administration Hospital at Loma Linda, Cali-fornia", en Franklin Y. Cheng, editor, Proceedings of the International Symposiumon Earthquake Structural Englneering (St. Louis: Universidad de Missouri-Rolla,1976), volumen II, págs. 823-841.

El fragmento sobre el Hotel Imperial aparece en una forma ligeramente modifica-da en Robert King Reitherman, "The Seismic Legend of the Imperial Hotel", A/AJournal, Vol. 69, No. 7 (Junio 1980), págs. 42-47, 70; Robert King Reitherman,"Frank Lloyd Wright's Imperial Hotel: A Seismic Re-evaluation", Proceedings ofthe Seventh World Conference on Earthquake Englneering (Ankara, Turquía: Co-mité Nacional Turco de Ingeniería Sísmica, 1980), Vol. 4, págs. 145-152.

1. J. Hoto, "Imperial Hotel," Architectural Record, Vol. 55, No. 2 (Febrero 1924), pág. 122.2. Richard Bradshaw, "Letter to the Editor," Architectural Record, Vol. 129, No. 1 (Enero

1961), pág. 10.3. Finis Farr, Frank Lloyd Wright (Nueva York: Scribner's, 1961) pág. 169.4. Finis Farr, Frank Lloyd Wright (Nueva York: Scribner's, 1961) pág. 169.5. Edgar Kaufmann, editor, An American Architecture —Frank Lloyd Wright (Nueva York:

Bramhall House, 1955) págs. 149-150.6. Edgar Kaufmann, editor, An American Architecture —Frank Lloyd Wright (Nueva York:

Bramhall House, 1955) págs. 151-152."7. Edgar Kaufmann, editor, An American Architecture —Frank Lloyd Wright (Nueva York:

Bramhall House, 1955) pág. 152.

Apéndice 3 Definiciónde configuración

237

238 DEFINICIÓN DE CONFIGURACIÓN

Introducción Este apéndice constituye un lenguaje de la configuración. Es sumamente selectivo,ya que la clasificación se basa en apreciaciones sobre una combinación de geometríapura, importancia sísmica y uso del edificio, es decir, configuraciones que por suutilidad se repiten constantemente en la práctica. Por medio de la combinación deestas tres características, es posible reducir la exposición de un número matemáti-camente infinito de configuraciones a una cantidad muy pequeña y establecer unabase para la definición sin necesidad de ilustrar cada una de las formas básicas y susvariaciones. Si se desea, es fácil trasladar estas definiciones en formas apropiadaspara la generación por computadora.

La base para este sistema de clasificación proviene de los conceptos geométricosde convexidad y concavidad (figura A3.1). Al usar estos conceptos en relación conla planta del edificio y su elevación (o sección), se hace rápidamente una distinciónútil entre edificios de forma sencilla y los de forma compleja, implicando esquinaso curvas entrantes tanto en planta como en elevación,

En la figura A3.2 aparecen ejemplos de formas definidas separadamente comosencillas o complejas en planta, y como sencillas o complejas en elevación. Las for-mas ¡lustradas se han elegido como representativas de aquéllas que son comunes enel diseño de edificios. En este diagrama, las formas geométricas se identifican rápi-damente como edificios.

CONVEXO (SENCILLO! CONCAVO (COMPLEJO)

convexo: es imposible conectar dos puntos cualesquiera dentrode la figura mediante una linea que cruce los límites de lafigura

convexo = sencillo(para evitar la connotación óptica)

formas de plantas SENCILLAS

cóncavo: dos puntos dentro de la figura se pueden conectarmediante una linea que cruza los límites de la figura

cóncavo = complejo(para evitar la connotación óptica)

formas de plantas COMPLEJAS

Figura A3.1 El concepto de sencillez ycomplejidad.

INTRODUCCIÓN 239

Figura A3.2 Formas sencillas y comple-jas en planta y elevación.


S¡ se va de lo bidimensional o lo tridimensional, en la figura A3.3 se observa queestos dos pares de características se combinan en una matriz que define las cuatrocategorías básicas de las formas de los edificios. Todas las configuraciones de edifi-cios se pueden relacionar con esta matriz.

Matriz de formas de edificios

Planohorizontal

Planovertical Planta sencilla Planta compleja

Elevación sencilla

Elevación compleja

Figura A3.3 Matriz compuesta por las cua-tro formas básicas de edificios.

INTRODUCCIÓN 241

En las siguientes ilustraciones, se describen primero las cuatro categorías bási-cas, o familias, de las formas de edificios. Se hace mediante ejemplos fotográficos,definiendo las dimensiones básicas y mostrando las variaciones dimensionales paracada familia. No se ha tratado de mostrar cada forma y variación concebibles. Sóloes necesario establecer una base sobre la cual se puedan definir claramente las for-mas con fines comparativos (figuras A3.4 a A3.15).

Una vez definidas las cuatro formas básicas, se describe la característica de acha-flanamiento, que se aplica a formas sencillas y complejas en planta y elevación.Además, la manera en que el cambio de sección transforma progresivamente en unaforma compuesta por un gran número de escalones pequeños, que retorna final-mente a la forma pura de L, como se puede ver. La importancia de este conceptoradica en el hecho de que las formas con apariencia de escalones se pueden obtenermediante una estructura achaflanada; de este modo, una geometría escalonada nonecesariamente significa que haya una estructura de esquina entrante en planta o unescalojiamiento en elevación (figura A3.16).

Finalmente, se definen tres componentes de la configuración. Estos se eligieronporque tienen importancia en el diseño sísmico y también son el resultado de lasprimeras tomas de decisiones en el diseño esquemático de los edificios. Primero, lanaturaleza del diseño del perímetro se define en términos de abertura y uniformi-dad. Segundo, la naturaleza de la división del espacio interior se define en términosde intensidad y adaptabilidad. Tercero, se define el núcleo como elemento impor-tante. Para cada uno de éstos, se bosqueja gráficamente la importancia general decada componente y sus características (figuras A3.17 a A3.20).

'*


Planta sencilla/elevación sencifla

Familia de formas tridimensionales que son convexas en planta y en elevación

Figura A3.4 Ejemplos de edificios de planta sencilla/elevación sencilla. [Fotografía del Edificio Guaranty, tomada de Vincent Scully, jr., ModernArchitecture: The Architecture of Democracy (parte de la serie "The Great Ages of World Archi tecture") (Nueva York: George Braziller, Inc.,1967). Fotografía por Chicago Architectural Photo Company.]

DEFINICIONES DIMENSIONALES BÁSICAS 243

Definiciones dimensionales básicas

Planta sencilla

Elevación sencilla

Planta Elevación

Dimensionesabsolutas

Dimensionesrelativas

D mensionesabso utas

Dimens onesrelativas

(proporc ón)

Para los rectángulos, a y b,largo y ancho, definenadecuadamente la planta,porque también determinanc, la mayor dimensión de laplanta en cualqu er dirección,y el área, ab.

Para no rectángulos,el área y c pueden definirmejor la planta.

a/b, largo/ancho es la relaciónde aspecto

a y b son largo y ancho,gual que a la zquierda. Losprismas rectangulares sonmás fáciles de definir,otras formas requierendiscernim ento

altura/ancho, h/a ó h/bdef nen la "relación deesbeltez" del edif cío.

a/b=l a/b=2

Para pol gonos irregula-res, se requiere discernir einterpolar

Otras medidas, comola anterior, pueden ayudar adefinir las formas rregulares

h/b=l h/b=2

Aunque estas dos re acionesde altura/ancho son iguales,os dos casos son de hecho

d ferentes.

Figura A3.5 Planta sencilla/elevación sen-cilla: definiciones dimensionales básicas.


Variaciones dimensionales NS Planta sencilla/elevación sencilla

Planta cuadrada y variaciones Planta rectangular y variaciones

La relación de aspecto para elcuadrado es igual a uno.

Planta circular y variaciones Planta triangular y variaciones

La relación de aspecto para elcírculo es igual a uno.

Figura A3.6 Planta sencilla/elevación sen-cilla: variaciones dimensionales.

PLANTA COMPLEJA/ELEVACIÓN SENCILLA 245

Planta compleja/elevación sencilla

Familia de formas tridimensionales de planta cóncava, pero conelevación convexa.

Figura A3.7 Ejemplos de edificios corplanta compleja/elevación sencilla.


Definiciones dimensionales básicas <^^^

Planta

rzlnc JI ^

1 b2

- \l a2

a


(tamaño)

a¿ y b;, definen las dimensionesabsolutas de las piernas

c es la distancia máx ma entredos puntos cualesquiera enplanta.

CUTÍ-TJEUX• \l" a2 ''a3

Dimensionesrelat vas

proporción)

a,/b y b,/a def nen las relacionesde aspecto de os rectángu oscomponentes.

a, la y b,/b definen proporcio-nalmente las piernas; susvalores fluctúan de cero a uno.

9 p 'b2'- J- 1 '

a i -a 2 -a 3 j

* a * a q

Las plantas más complejas se definen por extensión de lasdefiniciones anteriores *

Los componentes no rectilíneos se definen con respecto alcaso de planta sene lia. Véase también "achaflanamiento"más adelante

^ Planta compleja^H•̂ xk Elevación sencilla

^

Elevacióna "b

al a2 ^2 h

• í } ' f i^^^^^^^L J

^PDimensionesabsolutas

(tamaño)

h es la altura total.

También pueden ser útiles otrasdimensiones de altura: véaseel caso de planta sencilla/ele-vación sencilla.


(proporción)

h/a, y h/bi son las relacionesaltura/ancho ó h/d para losrectángulos componentesque forman las piernas.

h/a y h/b son las relacionesh/d para la forma completa.

h/a2 y h/b2 son las relacionesh/d para las partes sa entes

,de as piernas.

Figura A3.8 Planta compleja/elevaciónsencilla: definiciones dimensionales bá-sicas.

VARIACIONES DIMENSIONALES 247

Variaciones dimensionales Planta compleja/elevación sencilla

Planta en forma de L F

a,/a 2:6

a,/a 3:6 •§

/a 5:6

b,/b 4:5 b,/b 3:5 b,/b 1:5

¡as relaciones de aspecto de las alas son bíl3l y a2/bi

relación b t/b decreciente

Relación de aspecto

Planta en forma de U

5 las relaciones de aspecto de las alas son b/3] y b/a-,

relación bj/b decreciente


simétricarespecto a un eje

simétricarespecto a un eje

Relación altura/ancho Relación altura/ancho

Área Área

Volumen Volumen

Figura A3.9 Planta compleja/elevaciónsencilla: variaciones dimensionales.


Planta sencilla/elevación compleja

Familia de formas tridimensionales de planta convexa, pero con elevacióncóncava

Figura A3.10 Ejemplos de edificios conplanta sencilla y elevación compleja.

DEFINICIONES DIMENSIONALES BÁSICAS 249

Definiciones dimensionales básicasPlanta sencilla

Elevación compleja

Planta

Dimenstoi .esabsolutas

La planta es sencilla, por lo tantose define como el caso de plantasencilla/elevación ««.¡una, exceptoque dado que la forma de la plantavaría en los diferentes niveles, elproceso se aplica a dos o másplantas.


(proporción)

Igual que para el caso de plantasencilla/elevación sencilla,lo relación de aspecto delconjunto es a/b.

b/aj es la relación de aspecto dela torre.

a t /a establece el escalonamientorelativo

Elevación


h2 se introduce para definir laaltura de la torre, h,, la altura dela base.

Se puede hacer extensiones simi-lares de las definiciones, como en elcaso de planta sencilla/elevaciónsencilla.

Dimensiones

relativas

(proporción)

h/a y h/b definen las relaciones'H/D del conjunto.

h2/a] y ha/b definen las relacionesH/D solamente para la torre, y h,/ay h,/b solamente para la base.

h2/h indica la cantidad verticalrelativa de escalonamiento.

Figura A3.11 Planta sencilla/elevacióncompleja: definiciones dimensionales bá-


Variaciones dimensionales Planta sencilla/elevación compleja N

Escalonamiento en un lado Escalonamiento en dos lados

la relación de aspecto de la torre es b/ai

la relación de aspecto de la base es b/a

relación a^a decreciente


Relación altura/ancho

la relación deaspecto de labase cambia

la relación de aspectode la torre cambiaRelación de aspecto Relación altura/ancho

Escalonamiento en tres lados

la relación deaspecto de labase cambia

la relación de aspecto ;de la torre cambia

Relación de asnfirtni Relación altura/ancho

Escalonamiento en cuatro lados

_i Relación de aspecto

Figura A3.12 Planta sencilla/elevacióncompleja: variaciones dimensionales.

PLANTA COMPLEJA/ELEVACIÓN COMPLEJA 251

Planta compleja/elevación compleja

Familia de formas tridimensionales con planta y elevación cóncavas

Figura A3.13 Ejemplos de edificios conplanta compleja y elevación compleja.


Definiciones dimensionales básicasPlanta compleja

Elevación compleja



(proporción}

Estas definiciones son las mismas que para el otro caso de planta compleja

(planta compleja, pero elevación sencilla;-la familia de plantas en

forma de L)

Con la adición de una condición de escafonamiento de la planta compleja, es

1 necesario definir la planta en cada nivel en que cambia de forma

Elevación



proporción

Estas definiciones son las mismas que para el otro caso de elevación

compleja (elevación compleja, pero planta sencilla-familia de volúmenes

escalonados)

Con la adición de complejidad en la planta a la complejidad de la elevación,

puede ser necesario definir las elevaciones a lo largo de varios ejes (h, ht y

pueden no ser las mismas para todas las alas)

Figura A3.14 Planta compleja/elevacióncompleja: definiciones dimensionales bá-

VARIACIONES Y COMBINACIONES 253

Variaciones y combinaciones Planta compleja/elevación compleja

Es posible una infinita variedad de formas,

pero son definibles mediante una aplicación

en secuencia de las variables previamente

definidas

Abajo se resumen estas variables, en relación

con ta ilustración a la izquierda

Planta

Esquina interior

forma de U

asimétrica

Achaflanada

múltiple

Núcleo

Elevación

Escalonamiento

por un lado

por tres lados

Escalonamiento múltiple

por un lado

por tres lados

Diseño del perímetro

alto porcentaje de aberturas

aberturas uniformes

primer piso alto

Figura A3.15 Planta compleja/elevacióncompleja: variaciones y combinaciones.


Variaciones dimensionales Aplicables a formas sencillas y complejas

Achaflanamientos en planta

plb2b3

ángulo

C7C7Se ¡lustran diversos achaflanamientos en planta quese transforman, a partir del chaflán, en una de lascuatro familias básicas de formas de edificios

Achaflanamientos en elevación

a^

Se ilustran diversos achaflanamientos en elevaciónque se transforman, a partir del chaflán, en una delas cuatro familias básicas de formas de edificios

í>

Figura A3.16 Variaciones dimensionalesaplicables a formas sencillas y complejas;el cambio de sección en planta o en ele-vación.

COMPONENTES DE CONFIGURACIÓN 255

Componentes de configuraciónRequisitos dediseño perimetral

Porcentaje abierto

Define la medida a la cual se puede abrir el perímetro para iluminación natural, vista uotros propósitos.

Alto Mediano Bajo

Uniformidad

Define !a medida en la que los elementos exteriores opacos y abiertos se distribuyen demanera uniforme entre las fachadas o pisos de los edificios.

Uniforme No uniforme

Figura A3.1 7 Componentes de configura-ción: requisitos de diseño del perímetro.


Componentes de configuración División del espacio

interior

Intensidad

Cantidad de muros y divisiones interiores, expresada como una relación lineal entre longitud iotal de- divisiones y área de la

planta.

UilJJJJJJ

m-n

-diamnii'rrrrrrrrrrrrrrrrmí

rnittrrmoj.-l! rrm~i~n~i~ni

"1L!r~

Alta Media

Adaptabilidad

Define la medida en la cual los elementos de división del espacio interior son permanentes.

ql>¿a

Baja Alta

Figura A3.18 Componentes de configu-ración: división del espacio interior.

COMPONENTES DE CONFIGURACIÓN 257

Componentes de configuración

Núcleos

NÚCLEO - Una serie de aberturas en lospisos, alineadas verticalmente para per-mitir la penetración de servicios mecánicosverticales, elevadores o escaleras, en eledificio.

Un núcleo puede o no estar cerrado conmaterial estructural para resistirfuerzas verticales y/o laterales.

Diagramáticamente, un núcleose representa como un solotubo, pero típicamente es unaforma más compleja.

Figura A3.19 Componentes de configu-ración: núcleos.


Componentes de configuración

Núcleos

Localización del núcleo

Sencillo Complejo

Solo, interior

Múltiple, interior

Solo, exterior

Múltiple, exterior

CombinacionesI

Figura A3.20 Componentes de configu-ración: situación del núcleo.

apéndice 2 y 3

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