Sistemas de Pórticos: son de mucha flexibilidad y gran oscilación frente a sismos. Son adecuados para edificios de gran altura.
Sistemas de Muros Resistentes: presentan grandes ventajas y pocas deformaciones laterales, generando bajos daños en los elementos no estructurales. Por
otra parte, una mayor rigidez es una desventaja en sismos intensos o de mucha duración. Es ideal para construcciones de hasta 4 pisos.
Sistema Mixto: es el más usado en la construcción de edificios en altura. Combina el sistema de pórticos y el de muros resistentes que van desde la cimentación hasta el último piso. Este sistema recoge las ventajas de los dos mencionados anteriormente, los cuales se complementan. (Delucchi, 2013)
Sismo esperado
En algunas ocasiones, las Normativas que definen una determinada acción sísmica, lo hacen a partir de la probabilidad de ocurrencia del sismo en un determinado periodo de tiempo. Para utilizar en el cálculo el sismo así definido, es necesario conocer la aceleración del suelo a que corresponde, y que sirve de base para construir el espectro de diseño. Hay que determinar, por tanto, la aceleración del suelo que corresponde al sismo que tiene una probabilidad de ocurrencia “p” durante un periodo de “n” años.
El procedimiento a seguir en este caso es el siguiente:
Conocer el periodo de retorno (T1) a que corresponde la aceleración del suelo (a1) definida por la Normativa que se utilice de referencia. Tomando como ejemplo el Eurocódigo 8, la acción sísmica que define para los cálculos de Estado Límite Último corresponde a un periodo de retorno de 475 años.
Convertir la probabilidad de ocurrencia (p) en un tiempo (n) en periodo de retorno (T2).
Utilizar el periodo de retorno (T2) así obtenido para definir la aceleración del suelo (a2).
Definir el espectro de diseño correspondiente a la aceleración del suelo (a2). La fórmula que relaciona la probabilidad de ocurrencia “p” durante un periodo de años “n” con el periodo de retorno “T” es la siguiente:
Conocidos ya “a1”, “T1” y “T2”, queda por determinar el valor de “a2” que sirve para construir el espectro de diseño. Para ello, puede utilizarse la expresión que se incluye el Anexo A de la Parte 2 del Eurocódigo 8:
siendo “k” un valor que puede variar entre 0.3 y 0.4.
Conocido “a2”, el espectro de diseño quedará definido utilizando las expresiones dadas por la Normativa de referencia del proyecto que definen el espectro de diseño a partir de la aceleración del suelo.
Daño estructural
Es evidente que el daño estructural es el de mayor importancia, ya que éste puede ocasionar que una estructura colapse o, en el mejor de los casos, que su reparación pueda ser muy costosa. El daño estructural depende del comportamiento de los
elementos resistentes de una estructura como son las vigas, columnas, viga pared, loza, cimentación, etc. y esto tiene que ver con la calidad de los materiales que componen dichos elementos, su configuración y tipo de sistema resistente y, obviamente, de las características de las cargas actuantes.
Rotula plásticas
Una rótula plástica es un dispositivo de amortiguación de energía, que permite la rotación de la deformación plástica de la conexión de una columna, de manera rígida. En la teoría estructural, la viga de ingeniería o rótula plástica se usa para describir la deformación de una sección en una viga donde se produce la flexión de plástico (ARQHYS, 2012).
Ilustración 11: Rotulas plásticas en un edificio. Fuente: ARQHYS
En el análisis de los miembros sometidos a flexión, se supone que una transición abrupta de elástico con el comportamiento ideal de plástico, se produce a un cierto valor del momento, conocido como “el momento plástico” (Mp). El comportamiento entre los miembros del PAI y Mp se considera elástico. Cuando se alcanza el Mp, una rótula plástica se forma en el miembro, en contraste con una fricción de la bisagra que permite la rotación libre y ocurre en el momento plástico Mp de forma constante. Las bisagras de plástico se extienden en los tramos cortos de las vigas, pero los análisis
detallados han demostrado que es que necesario considerar que las vigas rígidas cuentan con unas bisagras con plasticidad limitada en los puntos. Mediante la inserción de una rótula plástica en un límite de carga y una viga estáticamente determinada, un mecanismo cinemático permite un desplazamiento sin límites que se pueden formar en el sistema, esto es conocido como el “mecanismo de colapso”. Para cada grado de indeterminación estática de la viga, se debe agregar un plástico a la bisagra adicional para formar un mecanismo de colapso. (ARQHYS, 2012)
Periodo de vibración
Según Vezga, (2002), los edificios están constituidos usualmente por estructuras a porticadas, es decir, por vigas, columnas, losas y fundaciones. Estas estructuras están sometidas a cargas verticales, tales como el peso propio de sus elementos y la sobrecarga de uso. Sin embargo, existen fuerzas horizontales como las de viento y sismo, estas últimas deben ser consideradas al momento de diseño.
Si bien hoy en día el cálculo sísmico se realiza a través de programas de computación por ser extremadamente laborioso, es importante conocer el concepto del mismo y el desarrollo del cálculo referido a este aspecto.
Un edificio puede idealizarse como un conjunto de masa, una por cada piso, conectadas por elementos elásticos que representan los elementos del piso (columnas y/o muros). Del equilibrio dinámico para cada forma de moverse o vibrar, resultará una velocidad angular para todos los niveles. El modelo así definido tendrá tantas formas de vibrar como número de pisos o niveles, aun cuando los que contribuyen son los primeros, de frecuencias menores. Se consideran de tres a cinco modos de vibrar los cuales se muestran en la siguiente ilustración #12. (Johanna Ochoa, 2013)
Ilustración 12: Modos de vibrar. Fuente: Vezga, 2002.
Respuesta dinámica
Es el comportamiento de un edificio sometido a movimiento de su base producto de un movimiento sísmico. El movimiento es producto de una combinación de formas o modos de vibración como se muestra en la ilustración #12, que describe los desplazamientos de cada nivel bajo una determinada frecuencia o periodo de vibración (T seg). El periodo de vibración en el movimiento de la estructura es el tiempo que tarda el edificio en pasar por la misma posición. (Johanna Ochoa, 2013)
disipación de energía
Consiste en introducir en la estructura elementos cuyo fin es disipar la energía recibida durante un terremoto, y que no tienen una función resistente durante el resto de la vida normal del edificio (VIGIL, 2015).
Existen principalmente tres tipos de sistemas de disipación:
Aislamiento sísmico: Se conoce así a la técnica de desacoplar el edificio del suelo. La energía proveniente del terremoto no penetra en el edificio ya que éste está aislado del suelo.
Elementos de disipación pasiva: Son técnicas que permiten dar un amortiguamiento suplementario mediante elementos que absorben la energía del terremoto, evitando que ésta dañe al edificio. Estos elementos llamados amortiguadores pueden ser de muy distinta forma: de aceite, de metal, visco-elásticos, viscosos… En algunos casos los amortiguadores tienen que ser sustituidos tras un impacto sísmico.
Elementos de disipación activa: Son elementos que absorben la energía por desplazamiento de elementos preparados para ello. Sería el caso del amortiguador de masa del Taipei 101 que realiza un desplazamiento para absorber la energía del viento sobre la estructura o el sismo.