Patologías por acciones sísmicas

Las Patologías por Acciones Sísmicas son las producidas por los terremotos o sismos, que consisten en la liberación repentina de la energía acumulada en la corteza terrestre en forma de ondas que se propagan en todas direcciones.

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

• La fuerza del movimiento
• La duración de la sacudida
• El 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

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 sismos.

Daños en Estructuras de Hormigón Armado

Daños Directos

Los daños directos se originan inmediatamente en las estructuras de las construcciones, durante los terremotos.

Existen diversos grados dentro de los daños directos, hasta llegar al colapso de la estructura. Aunque un acumulación de daños leves a moderados puede llevar a considerar la ruina económica del edificio, procediendo su demolición.

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.

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.

Daños Indirectos

Los daños indirectos son los producidos por fuego, por la liberación de materias peligrosas, inundaciones por fallo de diques o presas, desprendimientos de objetos o de elementos estructurales o no estructurales, etc.

Prevención

Para reducir la vulnerabilidad de los edificios de Hormigón Armado ante solicitaciones de carácter sísmico, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

• Plantear tipologías edificatorias adecuadas, en función de la zona sísmica en la que se va a construir.
• Utilizar sistemas estructurales adecuados.
• Emplear materiales de construcción adecuados, tales como aceros de alta ductilidad y hormigones de buena calidad, y una correcta puesta en obra.
• Dotar de soluciones adecuadas a los encuentros y uniones del sistema estructural.
• 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 dispondrá 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, de la NTE-ECS, 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; debiendo tomarse las medidas oportunas ante suelos susceptibles de licuefacción o bien evitar la cimentación superficial (en caso de ser una capa de tierra pequeña se puede sustituir o tomar como base de cimentación una amplia losa muy rígida que reduzca los daños en caso de producirse el fallo). En concreto no se considerará la resistencia de fuste de pilotes en la zona de éstos colindante con estratos susceptibles de licuarse durante un sismo, por tanto las puntas de los pilotes deberán profundizar por debajo de las capas licuables.
• Debe garantizarse el atado en dos direcciones de los elementos de cimentación.
• Recomendaciones específicas para cimentaciones con pilotes, según NCSE-02 art. 4.3.3
• En las zonas de alto riesgo sísmico, se debe reforzar mediante perfiles metálicos o cualquier otro sistema que le proporcione la ductilidad necesaria las chimeneas, para que no se produzca su caída al suelo.
• 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.
• Aunque el sistema de forjado sea prefabricado suele colocarse sobre él un firme, en ocasiones reforzado con malla de acero, que ayuda a formar el diafragma. La gran densidad de muros, continuos en toda la altura, suele aportar la rigidez suficiente para movimientos en dirección horizontal.
• Intentar introducir una rigidez adicional en el plano de fachada a las estructuras en las que se emplean elementos flexibles de perfiles de acero, para lo cual será necesario que los anclajes entre el marco y el panel sean los adecuados, de no ser así este último saltaría.
• Es fundamental lograr la trasmisión de fuerzas entre cerramiento y las vigas y pilares que conforman el pórtico. La fábrica de adobe no se debe considerar como portante para solicitaciones del tipo sísmico.
• Considerar la traba, los encadenados, las armaduras y la vinculación entre muros, y que junto con la calidad del material debe acompañarse la calidad del mortero de asiento. Las resistencias tanto a tracción como a compresión del mortero de asiento deben ser compatibles con los ladrillos o bloques para lograr así una relativa homogeneización del elemento estructural completo.
• Proteger la estructura contra los incendios, especialmente las plantas de aparcamiento, pues un edificio que ha sido capaz de resistir a un terremoto, puede quedar destruido al ser afectados los soportes por las llamas.

Sistemas Estructurales

• Edificios porticados con vigas planas

No son eficientes frente a acciones sísmicas.

• Edificios porticados prefabricados con elementos de barras

No son adecuados en un diseño sismorresistente, 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.

• 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.

• 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.

Normativa

La normativa 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
• Que 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.);
• 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.
• 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.

En España se dispone 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 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.