DISEÑO DE ESTRUCTURAS SISMORRESISTENTES

(Minoru Wakabayashi)

CAPÍTULO I: “Sismos y movimientos del terreno”

La capa más superficial de la Tierra, denominada Litosfera es rígida, está compuesta por material que puede fracturarse cuando se ejerce presión sobre ella y forma un rompecabezas llamado Placas Tectónicas. Estas placas viajan como "bloques de corcho en agua" sobre la Astenósfera, la cual es una capa visco-elástica donde el material fluye al ejercer una fuerza sobre él. Este fenómeno provoca el movimiento de las placas y es justo en los límites entre placas, donde hacen contacto unas con otras, generando fuerzas de fricción que mantienen atoradas dos placas adyacentes, produciendo grandes esfuerzos en los materiales. Cuando se vence la fuerza de fricción, se produce la ruptura violenta y la liberación repentina de una gran cantidad de energía acumulada, generándose así un temblor que expulsa dicha energía en forma de ondas que se propagan en todas direcciones. Cuando ocurre un terremoto, los sismógrafos que se encuentran cerca del epicentro son capaces de registrar las ondas S y las P, pero del otro lado de la Tierra sólo pueden registrarse las ondas P. Las roturas de taludes, caídas de rocas, o fenómenos de licuefacción del suelo durante o después de la sacudida sísmica son otros efectos inducidos que deben considerarse porque también provocan mayores daños potenciales en las estructuras.

CAPÍTULO II: “Vibración de las estructuras ante el movimiento del terreno”

El análisis dinámico de estructuras se refiere al análisis de las pequeñas oscilaciones o vibraciones que puede sufrir una estructura alrededor de su posición de equilibrio. El análisis dinámico es importante porque ese movimiento oscilatorio produce una modificación de las tensiones y deformaciones existentes, que deben tenerse en cuenta por ejemplo para lograr un diseño sísmico adecuado.

Como resultado de una perturbación exterior un edificio o estructura resistente que bajo la acción de unas cargas estaba en reposo, experimenta oscilaciones que en primera aproximación pueden representarse como un movimiento armónico compuesto.

CAPÍTULO III: “Comportamiento de las estructuras de los edificios ante las cargas sísmicas”

Las cargas sísmicas son pesos y cargas a considerar para la determinación de las solicitaciones por sismo. Clasificación de los edificios según el destino y el tipo estructural. Vinculación en planta de los distintos elementos resistentes. Ductilidad de la estructura. Influencia del terreno en la importancia de las cargas por sismo. En los edificios comunes, es suficiente agrupar las cargas en los niveles de entrepisos. Se incluirá el peso propio del entrepiso, muros y otros elementos existentes en su zona de influencia.

CAPÍTULO IV: “Diseño sismorresistente de las estructuras para edificios”

Criterios generales: En general, las normas de diseño sismorresistente latinoamericanas exigen que las estructuras se analicen cuando menos bajo la acción de dos componentes ortogonales del movimiento del terreno no simultáneas. Asimismo, en la mayoría de las normas se incluyen recomendaciones generales para modelar las estructuras suponiendo un comportamiento elástico de los materiales.

Además de los modelos de análisis propuestos, que se describen a continuación, las normas suelen incluir recomendaciones especiales para la evaluación de las fuerzas sísmicas en apéndices y estructuras especiales como tanques y muros de retención.

Para el cálculo de las fuerzas sísmicas, el análisis estático considera el uso de coeficientes que corresponden a una aceleración que varía en forma lineal, desde cero, en la base de los edificios, hasta un máximo, en la parte superior, de tal manera que el cociente de la fuerza cortante en la base V entre el peso total del edificio W sea igual al valor del coeficiente sísmico C (fig. 5). Esta simplificación conduce a resultados suficientemente precisos en edificios donde la influencia de los modos superiores y las deformaciones axiales de las columnas no sean importantes. Para tomar en cuenta de manera aproximada la posible subestimación de las fuerzas cortantes en los pisos superiores, en

algunas normas se considera una fuerza concentrada en la azotea del orden del 5% de la cortante basal.

CAPÍTULO V: “Diseño asísmico de las cimentaciones”

Lo primero que hay que consignar en la obtención de una muestra es que ésta sea representativa del terreno. Un muestreo adecuado y representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el de los ensayes en sí. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente representativa de los materiales que se pretende usar, cualquier análisis de la muestra solo será aplicable a la propia muestra y no al material del cual procede, de ahí la necesidad de que el muestreo sea efectuado por personal conocedor de su trabajo.

CAPÍTULO VI: “Evaluación de la seguridad y reforzamiento de las estructuras de edificios existentes”

Actualmente en toda Hispanoamérica se observan diversas construcciones realizadas con mamposterías no confinadas, empleando cementantes del tipo cal-arena, con ladrillos y piedras naturales, lo que produce en general un comportamiento no satisfactorio de las edificaciones durante eventos sísmicos de mediana y gran intensidad. En el escrito se presentan algunos tipos de fallas y diversas técnicas de reparación para cúpulas, torres, bóvedas, arcos, contrafuertes y muros. Los criterios de intervención estructural fundamentalmente deberán orientarse a respetar la arquitectura original del inmueble. Los trabajos de intervención evolucionarán de acuerdo a su comportamiento estructural ante sismos futuros.Las deficiencias de las viviendas de adobe y en general de las de mampostería no reforzada, en lo que se refiere a su resistencia a sismos, están claramente identificadas; esto permite establecer recomendaciones concretas para subsanar sus defectos. Debe

distinguirse el problema de las nuevas construcciones del de la seguridad de las viviendas existentes. Se considera en términos generales que las precauciones que se requieren para construir actualmente una vivienda de adobe que sea adecuadamente sismo-resistente y duradera exceden del costo que significaría una construcción de muros detabique o de bloque confinados con dalas y castillos. Para estos últimos tipos de construcción existen criterios y normas establecidas para lograr una seguridad adecuada ante sismo. El problema crítico es la situación del gran número de viviendas de adobe existentes en zonas sísmicas para las que hay que establecer procedimientos para incrementar su seguridad que se encuentren al alcance de los habitantes.

CAPÍTULO VII: “Lecciones aprendidas de sismos recientes en Hispanoamérica”

Los intentos de predecir cuándo y dónde se producirán los terremotos han tenido cierto éxito en los últimos años. En la actualidad, China, Japón, la antigua Unión Soviética y Estados Unidos son los países que apoyan más estas investigaciones. En 1975, sismólogos chinos predijeron el sismo de magnitud 7,3 de Haicheng, y lograron evacuar a 90.000 residentes sólo dos días antes de que destruyera el 90% de los edificios de la ciudad. Una de las pistas que llevaron a esta predicción fue una serie de temblores de baja intensidad, llamados sacudidas precursoras, que empezaron a notarse cinco años antes. Otras pistas potenciales son la inclinación o el pandeo de las superficies de tierra y los cambios en el campo magnético terrestre, en los niveles de agua de los pozos e incluso en el comportamiento de los animales. También hay un nuevo método en estudio basado en la medida del cambio de las tensiones sobre la corteza terrestre. Basándose en estos métodos, es posible pronosticar muchos terremotos, aunque estas predicciones no sean siempre acertadas.

Gracias a las normas de construcción que rigen en Chile los temblores no siempre tienen la consecuencia que en otras partes ya que aquí todo lo que se construye es antisísmico. Sin embargo, aun en estos tiempos en las provincias y comunas de nuestro país prevalece la construcción provisoria y de adobe que son muy peligrosas en caso de un sismo fuerte.