Contenido

Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Nociones Bsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Cmo se Originan los terremotos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Naturaleza de las Fuerzas Ssmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Qu es una Estructura? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Cmo se Calculan las Fuerzas Ssmicas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Qu es un Diafragma? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Algunas Nociones sobre resistencia de Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Acerca del Comportamiento de los Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Cmo se Agrieta una Casa Durante un Sismo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Qu Otros Refuerzos Necesita una Casa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Resumen de Las 10 reglas basicas de laconstruccin sismoresistente para casas de 1 y 2 pisos . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Sismicidad mundial. Estn representados los epicentros de los terremotos demagnitud o igual a 4,5 ocurridos entre 1963 y 1973. (Cortesa del Centro Nacionalde Datos Geofsicos, NOAA:). (Referencia. 17).

Introduccin

Hace 250 aos, un matemtico llamado Lagrange estudiaba los fenmenos que se presentanen una cuerda que se pone a vibrar y entre otros encontr la ecuacin indicada, que describeel movimiento de la cuerda en cualquier momento. Eran tiempos en los que se viva una graneuforia matemtica y en los cuales, a su vez, se construan las bases de la moderna teora delas estructuras.

Aunque las matemticas son una valiosa herramienta en la solucin de muchos problemas,su aparente complejidad ha llevado a que muchas personas identifiquen cualquier tareaestructural con este enfoque matemtico de competencia nicamente del Ingeniero.

Afortunadamente existe un enfoque conceptual adoptado en este manual, que sin necesidadde utilizar las matemticas, permite a las personas no especializadas, a quien va dirigida estapublicacin, comprender los conceptos bsicos del comportamiento de las estructuras cuandose ven sometidas a cargas horizontales como las que ocasionan los terremotos y sirve comocomplemento a la publicacin Manual de Especificaciones para Construcciones de 1 y 2Pisos (Ref. 14).

En la elaboracin del manual se busc utilizar en lo posible un lenguaje grfico con figurasque aclararn los conceptos. De esta forma se busca que la imagen, transmita la idea que sequiere aclarar.

Los conceptos aqu explicados son igualmente vlidos para construcciones de ms pisos y sucomprensin ser de gran utilidad para quienes las proyectan y construyen.

Nota:Nota:Nota:Nota:Nota: Las palabras sismo, temblor o terremoto, se utilizarn indistintamente, pues desde elpunto de vista tcnico son equivalentes.

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Esta publicacin busca transmitir los conocimientosbsicos, la mayor parte de ellos intuitivos, que permitena una persona no especialista entender los factoresque pueden influir en el comportamiento de una casa cuandose ve sometida a la accin de las enormes fuerzas que generaun terremoto y de esta forma adquirir conciencia de la razne importancia de las recomendaciones contenidas en lasNormas Sismo Resistentes, para que as puedan participaren la construccin de nuevas viviendas especialmente deInters Social, resistentes a sismos, pues de nada sirve unacasa con bonitos colores si pende de un hilo. Hay 3 formasde enfocar el proyecto y construccin de una casa :

LLLLLa Empricaa Empricaa Empricaa Empricaa Emprica

En la cual se desconoce por completo lo que sucede y sesigue construyendo como toda la vida, como lo hicieronlos abuelos.

LLLLLa Ingenierila Ingenierila Ingenierila Ingenierila Ingenieril

Utiliza los conocimientos actuales y con herramientas deldiseo y anlisis estructural proyecta con seguridad yeconoma las viviendas y es el procedimiento utilizado porlos ingenieros.

LLLLLa Pa Pa Pa Pa Prcticarcticarcticarcticarctica

Combina una alta dosis de conocimientos sobre losfenmenos que inciden en el comportamiento de lasconstrucciones, de sentido comn y de conocimientos acercade las ayudas contenidas en las normas para este tipo deconstrucciones.

A la luz de los conocimientos actuales, el trabajo empricoconducir sin duda alguna al colapso de las casas ante unevento ssmico y debera prohibirse definitivamente.

El enfoque ingenieril requiere de especialistas en clculo yse usa normalmente para grandes proyectos. El enfoqueprctico constituye una valiosa herramienta para laconstruccin de viviendas sismo resistentes seguras porpersonal no especializado.

Las Normas Colombianas de Diseo y Construccin SismoResistente incluyen un ttulo, el E Casas de 1 y 2 pisos,dedicado a quienes utilizan este enfoque y estas notas, comoya se dijo, buscan que quienes las utilicen tengan mejoresherramientas para su correcta aplicacin.

Slo el entendimiento de los fundamentos bsicos del comportamientossmico de las casas, permitir proyectarlas y construirlas conseguridad. De lo contrario continuarn colgando de un hilo, arriesgandola vida y patrimonio de las familias que las habitan.

Objetivo

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La tierra se compone de varias capas, de las cuales slo laexterior, que a su vez es la mas delgada, es slida. Elconocimiento del interior de la tierra se ha hecho por mediode estudios de ondas. Las capas interiores se componen dematerial fundido por las altas temperaturas y presiones.(Figura 1).

Hasta hace unos 200 millones de aos, la corteza terrestreconformaba un bloque nico llamado en 1912 Pangea porel cientfico alemn Alfred Wegener (Figura 2). A partir deese momento empez un proceso de ruptura de la cortezaslida en varios bloques llamados placas (Figura 3), los cualesempezaron a desplazarse y a interactuar entre s en formacompleja a lo largo de las superficies de contacto llamadasfallas.

Figura 1. La tierra esta formada por capas. La exterior slidaflota sobre las interiores plsticas. (Ref. 1).

Figura 2. El gran continente llamado Pangea. (Ref. 2).

Figura 3. Hace 200 millones de aos la corteza slida se parti engrandes placas, las cuales comenzaron a desplazarse en diferentesdirecciones interactuando entre s. (Ref. 1).

Figura 4. Las corrientes de conveccin mueven la corteza terrestre endiferentes direcciones produciendo en algunos casos separacin de lasplacas y en otros choques. En este caso, una placa puede meterse pordebajo de la otra como ocurre en Colombia. (Fenmeno llamado subduccinpor los especialistas). (Ref. 3).

Hoy en da se sabe que la existencia de las llamadas corrientesde conveccin, que ocurren en el material fundido en elinterior de la tierra, han ocasionado los fenmenos descritos(Figura 4).

Nociones Bsicas

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Ya sabemos que las diferentes placas slidas flotan y se desplazan en diferentes direcciones, empujndose con fuerzasenormes entre s, las cuales se van acumulando con el paso del tiempo y en determinado momento producen una rupturasbita y violenta de la roca, liberando una gran cantidad de energa (Figura 5), la cual se dispersa en ondas produciendo elmovimiento del terreno, que es lo que conocemos con el nombre de terremoto, sismo o temblor.

Este movimiento del suelo tiene una caracterstica importante y es que es muy irregular (Figura 6), por lo cual lasconstrucciones pueden verse afectadas por fuerzas ssmicas actuando en cualquier direccin.

Figura 5. Las enormes presiones quese producen en el choque de lasplacas, producen en algn sitio a lolargo de la falla llamado hipocentro ofoco, la ruptura de la roca liberandoenerga. (Tomada de un artculo de larevista Mecnica Popular).

Figura 6. El registro de un terremoto indica la complejidadde los movimientos que produce un terremoto en la cortezaterrestre y en las construcciones. (Ref. 4).

Cmo se originan los terremotos?

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Las construcciones por tener masa, se ven afectadas porestas mismas fuerzas inerciales (ssmicas) cuando se mueveel terreno donde estn cimentadas (Figura 8).

Dada la compleja naturaleza de los movimientos ssmicos(Figura 6), las construcciones tienen que resistir fuerzas queactan en todas las direcciones (Figura 8a), asumindoseen el diseo enforma simplificada,que estas accionesocurren en dosd i r e c c i o n e so r t o g o n a l e sproduciendo en cadauna los efectosindicados en lasfiguras 8b y 8c.

El concepto de fuerza es intuitivo para todos y por esto sonusuales frases como: el viento empuja con mucha fuerzao se necesita mucha fuerza para levantar esa caja, etc. Sinembargo existe un tipo de fuerza que acta sobre un cuerpocuando se trata de cambiar el estado en que l se encuentra.Estas fuerzas llamadas inerciales fueron un verdadero enigmapara filsofos, matemticos y fsicos y fue slo en 1687cuando un fsico brillante llamado Newton, quien en unlibro que hizo historia llamado Principia, defini lo que es lainercia y en el primero de sus axiomas estableci Todocuerpo contina en su estado de reposo o de movimientouniforme en lnea recta a menos que sea forzado a cambiarese estado por fuerzas que actan sobre l. La figura 7aclara este concepto, que es cotidiano y lo experimentamoscuando al arrancar o frenar un vehculo nuestro cuerpo sienteestas fuerzas que no se ven, pero que existen y son debidasa la inercia.

Figura 7. Si imaginamos una caja de cereal colocada sobre un tapete,la cual se encuentra en reposo (a) y en determinado momentomovemos el tapete, es claro que la caja trata de voltearse sin que laestemos empujando directamente. Este mismo resultado lo podramoslograr aplicando las fuerzas horizontales indicadas en (b), las cualesson justamente las denominadas fuerzas inerciales (Ref. 3).

Figura 8. Al moverse el terreno sobre el cual estn cimentada lasconstrucciones, aparecen fuerzas inerciales que actan sobre stas,dandolas severamente o an produciendo su colapso si no estndiseadas para resistirlas. (Fig. 8b y 8c Ref. 5).

Naturaleza de las Fuerzas Ssmicas

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En algunas ocasiones, especialmente para casas en estratosaltos se utilizan los prticos como estructura pues permitenutilizar espacios ms grandes, pero en general, la mayorparte de las casas utilizan los muros como estructura.

Como se explicar ms adelante los muros en zonas ssmicastienen que ser reforzados, existiendo varias formas dehacerlo, una de ellas consiste en colocar refuerzo en las celdas(que posteriormente se inyectan) y en las pegas, sistemaque constituye la llamada mampostera estructural, la cualtiene unos procedimientos de clculo definidos en la normay por esto hace parte del campo de diseo del Ingeniero.Otra forma consiste en confinar los muros por medio decolumnas y vigas de amarre, mtodo ampliamente utilizadoen el Pas y que corresponde al procedimiento utilizado enel ttulo E Casas de 1 y 2 pisos de la Norma Sismo Resistente- 98, especialmente adecuado para el enfoque prctico deldiseo y construccin de casas, y por este motivo estapublicacin har nfasis sobre dicho sistema estructural, elcual ha sido investigado en muchas partes del mundo y enel Pas, por el equipo de la Universidad de los Andes.

Figura 9.1. La fuerza P viaja por la estructura hasta llegar a losapoyos A y B. Como se ve, para trasladar esta fuerza existenmuchas alternativas. (Tomada de notas del curso de estructuraspara arquitectos de la U. de Karlsruhe, Alemania).

Figura 9.2. Sistemas estructurales convencionales normalmenteutilizados en la construccin de vivienda.

Qu es una estructura?

Una estructura es un elemento o conjunto de elementoscuya funcin es transmitir cargas. Y es que, aunque no loparezca, las estructuras estn llenas de vida: un flujopermanente de fuerzas circula por ellas (Figura 9.1).

El ingeniero trata de determinar con la mejor aproximacincul es la magnitud de las fuerzas que pueden actuar sobredeterminada estructura y as dimensionar sus elementos paraque puedan transmitirlas en forma segura. Usualmente lasNormas de cada pas dan recomendaciones obligatorias, quepermiten calcular los diferentes tipos de fuerzas y garantizarcon esto un mnimo de seguridad para las condicionesespecficas de cada lugar. En general las estructuras de lascasas o edificios para vivienda estn conformadas porprticos o por muros estructurales (Figura 9.2).

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Para que la estructura pueda efectuar bien su trabajo, ademsde estar bien diseada, debe estar bien construida y conmateriales de primera calidad. De estos requerimientospodramos concluir una primera regla bsica de laconstruccin sismo resistente:

Regla 1Regla 1Regla 1Regla 1Regla 1Una casa se comportar ms como se construy que comose dise y de ah la importancia de unos buenos materialesy de una excelente construccin.

Como ya se mencion (ver Figura 6) un sismo producefuerzas que actan sobre una estructura en todas lasdirecciones. Como una aproximacin a este fenmeno tancomplejo, se acepta que una construccin con estructurasuficiente en al menos dos direcciones perpendiculares(Figura 10c) se comportar satisfactoriamente an en eventosseveros. La segunda regla para casas sismo resistentes sera:

Regla 2Regla 2Regla 2Regla 2Regla 2En toda casa, deben disponerse suficientes muros en dosdirecciones perpendiculares entre s.

Los muros deben cumplir algunos requisitos para que seaneficientes: Deben reforzarse, estar bien construidos, peroadems debe existir una trayectoria clara en la transmisinde fuerzas (Figura 11), lo que significa que debe existircontinuidad entre los muros estructurales del primer ysegundo nivel. De aqu la tercera regla:

Regla 3Regla 3Regla 3Regla 3Regla 3Los muros estructurales deben ser continuos (colineales) enprimer y segundo piso.

Figura 10. Las casas (a) y (b) son inestables para las solicitacionesperpendiculares a los muros. La casa debe tener por lo tanto muros o prticosen ambas direcciones como se indica en la casa (c). (Tomada de notas delcurso de estructuras para arquitectos de la U. de Karlsruhe, Alemania).

Figura 11. Es intuitivo en la figura a), que la parte de la losa al lado delvaco de escaleras, no tiene apoyo y por lo tanto no hay una trayectoriaclara en la transmisin de cargas. Con la colocacin de un murode apoyo adicional (figura b), queda resuelta esta situacin. Debenevitarse casas sin continuidad en los muros estructurales (figura c).(Tomada de notas del curso de estructuras para arquitectos dela U. De Karlsruhe, Alemania).

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Figura 13. El amarre de las fundacionesgarantizan un mejor comportamientossmico de la construccin. (Adaptado sinreferencia).

Como se indic (Figura 9), las cargas viajan por la estructurahasta las fundaciones y all deben encontrar un terreno yuna cimentacin suficientemente resistentes para que puedaexistir un equilibrio (Figura 12) y por lo tanto podemosconcluir que casas mal cimentadas son muy propicias a daosy colapsos.

De ah tendramos unacuarta regla :

Regla 4Regla 4Regla 4Regla 4Regla 4Una buena cimentacines fundamental paralograr un buenc o m p o r t a m i e n t ossmico.

Una buena cimentacinse garantiza con unapoyo en suelos firmes(Figura 12) ya sea enforma directa o pormedio de pilotes o pilas,con un refuerzoadecuado (Ref. 14) yamarres suficientes(Figura 13.)

Figura 12. A nivel de cimentacindebe existir equilibrio entre las cargasque viajan por la estructura y llegana la cimentacin y la reaccin ejercidapor el suelo. Casas mal cimentadaspor ejemplo en suelos de rellenos,aumentan la posibilidad de daos yde colapsos. (Tomada de notasdel curso de estructuras paraarquitectos de la U. de Karlsruhe,Alemania). La fuerza total V debida a un sismo que actua

sobre una edificacin segn el cdigo SEAOCde 1.974 dependia de los siguientes factores:

ZZZZZ : Localizacin geogrfica, pues hayregiones que tienen mayor amenaza ssmicaque otras.En las zonas muy ssmicas Z = 1,0

IIIII : Depende de la importancia del edificiopor ejemplo 1,5 para hospitales y 1,0 paracasas.

KKKKK : Depende del tipo de estructura 0,67para prticos y 1,33 para casas con muros.

SSSSS : Considera la amplificacin del suelo y sera1,0 para roca y 1,5 para arenas o arcillas.

CCCCC : Depende del nmero de pisos de laconstruccin.

De multiplicar estos factores finalmente sepodra obtener, por ejemplo para un casoespecfico que V= 0,2 W, es decir que alproducirse un sismo, apareceran unas fuerzasinerciales (ver Figura 7.) iguales al 20% delpeso de la construccin y que sta deberaestar en capacidad de transmitir esta fuerzao de lo contrario se producira su dao ocolapso.

Cuando se empezaron a aplicar los primeros requisitos dediseo ssmico para edificaciones hace unas dcadas y noexistan las facilidades computacionales de hoy en da, lasfuerzas que un sismo produca sobre una estructura sedeterminaban con una expresin, que por su simplicidadutilizamos para aclarar los factores que intervienen en elclculo de esta fuerza. Hoy en da su determinacin esdiferente y debe efectuarse de acuerdo con la norma vigente.

Cmo se calculan lasfuerzas ssmicas?

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Es claro que existe un factor que incide de manera importanteen las fuerzas que debe soportar una construccin y es supeso (W en la expresin) : Para un mismo sismo, mientrasms liviana sea la construccin menores sern las fuerzasssmicas que actuarn sobre ella y por ser ste un factor quedepende del proyectista, podemos, por lo tanto, enunciarla quinta regla bsica para construcciones sismo resistentes:

Regla 5Regla 5Regla 5Regla 5Regla 5Debe disminuirse al mximo el peso de la construccin.

Es importante anotar que adems de los factores indicados,existe otro que tiene gran influencia en la respuesta de unacasa ante un sismo y es su forma: casas con plantas oelevaciones irregulares (Figura 14) son ms susceptibles asufrir daos y de ah sale la sexta regla bsica:

Regla 6Regla 6Regla 6Regla 6Regla 6Debe buscarse uniformidad y simplicidad en el planteamientode las casas.

Otro factor de enorme importancia es S pues considerael efecto de amplificacin local del suelo. Pero, que significaesto? Los sismos ocurren por fractura de la roca y las ondasviajan por esta hasta llegar a los suelos localizados debajode las estructuras. Al pasar por ellos sufren una amplificacindependiendo del tipo de suelo que puede aumentardrsticamente las fuerzas que actan sobre la estructura(Figura 15.1). En general suelos de relleno o de lagunas sonespecialmente desfavorables. Para comprender el poderdestructor de la amplificacin examinemos la grfica de la(Figura 15.2) llamadaespectro de respuesta por losespecialistas y corresponde a las medidas de 2 estacionessismolgicas de Ciudad de Mjico durante el sismo de 1985.

Figura 14. Las casas con formas regulares y simples presentan mejorcomportamiento y menos posibilidad de daos que las casas irregulares. Sise quiere trabajar con plantas irregulares es conveniente separar las partescon juntas ssmicas.

Figura 15.1. Las ondas ssmicas viajan por la roca (x1) y sonamplificadas por las capas de suelo localizadas debajo de las casas(x2). Ya amplificadas interactan con la estructura (x3) produciendolas fuerzas inerciales de diseo (x4) (Ref. 6).

Figura 15.2. Cada construccin tiene un perodo de vibracin. Como sedesprende de la figura, para cualquier perodo, el registro de la estacin SCTen suelo malo fue muchas veces superior al de la estacin CU en suelo firmey por lo tanto las fuerzas ocasionadas por el sismo en los edificios en suelosmalos fue muchas veces mayor que en los suelos buenos (Ref. 7).

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No es necesario entrar en detalles, pero se ve fcilmentequeel registro de la estacin SCT es muchsimas veces mayorque el de la estacin CU. Como se dijo, las dos estacionesestaban localizadas en la misma ciudad, pero la SCT en lazona de la antigua laguna donde est todo el centro de laciudad y la CU en las montaas rocosas que bordean elvalle. Obviamente los edificios y casas del centro se vieronafectados por fuerzas muy superiores a las localizadas en lascolinas y como era de esperarse, el dao se concentrprcticamente en el centro donde se derrumbaron 5000estructuras. Cual fue la razn para que esto sucediera? Larespuesta es que hay suelos que amplifican enormementelos sismos y con ello someten las estructuras a fuerzasmuchas veces mayores que las de diseo. Parece entonceslgica la siguiente regla :

Regla 7Regla 7Regla 7Regla 7Regla 7Deben evitarse las construcciones en suelos de rellenos oque por estudios se conozca que amplifiquen irregularmentelos sismos.

Si llamamos Ts el perodo del suelo y Te el de la estructura,de la grfica 15.3 se puede ver en qu forma se amplificanlas fuerzas. Cuando Ts/Te = 1,0 esta amplificacin es de 5 yse tendra el fenmeno llamado resonancia, el cual causaraenormes daos o la falla a la construccin.El ejemplo de la figura 15.4 nos ayuda a entender el conceptode perodo y para el efecto supongamos que empezamos ahalar el poste el cual se deforma, al soltarlo, se deformaren un movimiento de vaivn. Si tomara 1 segundo en ir yvolver al punto inicial, diramos que el perodo es de 1segundo. De esta forma, si quisiramos tumbarlo,rpidamente aprenderamos cual es su forma natural devibrar y con pequeas fuerzas iramos produciendo grandesdeformaciones, hasta que finalmente fallara.

Que es un diafragma?

Con frecuencia se oye mencionar en la terminologa ssmicaque una losa, una cubierta o las cimentaciones deben com-portarse como un diafragma rgido en su plano. Lo que aquse pide es que todas las piezas que conforman el elemento,por ejemplo, los prefabri-cados de una losa, estndebidamente unidos en-tre s, para que al verseactuados por una fu-erza ssmica se compor-ten como una unidad ypuedan permitir sin con-tratiempos el viaje delas cargas (Figura 16).

La octava regla sismoresistente sera :

Regla 8Regla 8Regla 8Regla 8Regla 8Las fundaciones, la losa yla cubierta deben unirse(amarrarse) debidamentede tal forma que actencomo una unidad (efectode diafragma).

Figura 15.4. El tiempo que el poste tarda en recorrer elcamino a - b - a es llamado su perodo natural de vibracin. Lapalabra natural se usa para indicar que es una propiedad natural de laestructura que depende de su rigidez y masa (Ref. 4).

Figura 16. Si las tablas que conforman la mesa estuvieran sueltas entre s,al empujarlas cada una se desplazara en forma diferente. Si las unimos detal forma que estn obligadas a desplazarse en conjunto, decimos que hemoslogrado que la tapa de la mesa se comporte como un diafragma.

Figura 15.3. Mientras ms se acerque el perodo de la construccinal del suelo mayores sern las amplificaciones de las fuerzas ssmicasy con esto los daos y colapsos. Como no se puede modificar el perododel suelo, debe tratarse que el perodo de la estructura Te, el cual sipodemos manipular, difiera del correspondiente al suelo Ts (Ref. 4).

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Como se mencion, una casa debe tener muros ( o en casosexcepcionales prticos) resistentes por lo menos en dosdirecciones perpendiculares. En general, en las casas, losmuros longitudinales son largos y suficientes y no planteanningn problema. No sucede lo mismo con los murostransversales generalmente pocos y muy cortos. Pero, queimportancia tiene la longitud de los muros? La respuestaes: mucha!. El ejemplo de la figura 17 aclarar esteimportante aspecto. Para el caso especfico de los muros deuna casa la figura 18 cuantifica, cunto ms eficiente es unapared por ejemplo de 2,0 m de longitud con relacin a unade 1,0 m.

Parece increble, pero con slo aumentar en 1,0 metro elmuro, es decir, duplicando su longitud, hemos aumentadoen 8 veces su resistencia, es decir su capacidad de resistirlas fuerzas horizontales inducidas por los sismos.

Visto de otra forma, si en un proyecto determinado elcalculista cont con un muro de 2,0 metros de longitudpara resistir los sismos y por el sistema constructivo se haceuna cancha en el muro que lo divide en dos de 1,0 metro,(Figura 19c). su eficiencia se reduce a la cuarta parte, y lacasa, durante el sismo de diseo quedar severamentedaada o fallar.

Quedamos algo perplejos pero si entendemos estapropiedad podremos hacer ms eficientes nuestros proyectosy es lgica entonces la novena regla sismo resistente:

Regla 9Regla 9Regla 9Regla 9Regla 9Debe procurarse que los muros estructurales sean lo mslargos posibles ojal 1,5 metros o ms, pero nunca menosde 1,0 metro.

Esta regla indirectamente nos estrecomendando limitar al mximo lasdimensiones de puertas y ventanas conel fin de lograr que las paredes quedenlo menos perforadas posibles y por lotanto sean ms eficientes.

Figura 17. Si observamos con detenimiento las vigas de las figuras a y b,de igual luz L, igual seccin 1 x 2, del mismo material y que deben soportarla misma carga P, es intuitivo que la viga a) resiste mejor las cargas que lab), a pesar de que son iguales y lo nico que hemos variado es suposicin. Cual es la razn de esto? El ingeniero sabe que la resistenciadepende de una propiedad geomtrica llamada momento de inercia Iquien es la responsable de este aumento en la resistencia. Para elementosrectangulares I es igual a:

Figura 18. Eficiencia de murosRelacin I muro A = 0,15 = 8 I muro B 0,01875El muro A, con slo un metro ms de longitud que el B, resiste unafuerza 8 veces mayor.

Figura 19. Colocacin de lostubos de la instalacin elctri-ca, siguiendo recorridos exclu-sivamente verticales, en perfo-raciones de las unidades demampostera. Los recorridoshorizontales pueden ser empo-trados en las losas de entrepi-sos y techo. (Ref. 15)

Algunas nociones sobreresistencia de materiales

Fuera de las cargas horizontales ocasionadas por lostemblores (o vientos) las casas se ven actuadas por cargasverticales ya sean el peso propio, acabado, particiones o lascargas de uso o vivas (Figura 20). Igual que para las cargasssmicas una buena cantidad y disposicin de muros mejorael comportamiento para cargas verticales, evitando porejemplo con vanos pequeos la presencia de grandespresiones en las esquinas (Figura 21.) que pueden induciragrietamientos y con esto debilidades en los murosrebajando su eficiencia para resistir las fuerzas ssmicas.

Acerca del comportamiento delos materiales :Ductilidad - Capacidad de disipacin de energaDuctilidad - Capacidad de disipacin de energaDuctilidad - Capacidad de disipacin de energaDuctilidad - Capacidad de disipacin de energaDuctilidad - Capacidad de disipacin de energa

La forma como responden los materiales cuando se les aplicauna carga no es uniforme. Algunos materiales llamadosfrgiles como el vidrio, el concreto y la mampostera noreforzada fallan sin avisar por medio de deformaciones,que lo van a hacer. Otros por el contrario, llamados dctilesse deforman avisando la falla y tienen adems la propiedadde disipar energa, una caracterstica de enorme importanciaen construcciones sismo resistentes. Estos ltimos se llamanelsticos si recuperan su forma despus de retirar la carga oplsticos si no lo hacen (Figura 22).

CARGAS VIVASFigura 20. Adems de las fuerzas horizontales, las casas deben resistirfuerzas verticales. (Fig. 20b , Ref. 8)

Figura 22. Los materiales pueden ser frgiles (a) o dctiles (b)y (c). La utilizacin de estructuras frgiles en zonas ssmicas espeligroso, pues fallan sin aviso.

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Figura 21. Las cargaspuntuales pueden produciruna fisuracin temprana ydebilitamiento de losmuros,por concentracin defuerzas.

Como se agrieta una casadurante un sismo?

Los sismos normalmente producen en las casas agrietamien-tos tpicos como se indica en la figura 24.

Analicemos un poco ms el comportamiento en la casa deun piso, considerando inicialmente que no tiene cubierta,ya sea porque fall por estar mal anclada a los muros, oporque no existen vigas de amarre debidamente traslapadassobre los muros. En este caso (Figura 25a) al actuar la fuerzassmica sobre la pared A, rpidamente se forman grietas deflexin haciendo completamente ineficientes estas paredes,las cuales fallan fcilmente, debiendo ser resistidas las fuerzasnicamente por la paredes B, las cuales a su vez tienden afisurarse como se indica en la (figura 25b). La casa asagrietada tiene una alta probabilidad de colapso. La falta deamarre superior conduce adems a fallas en direccin de lafuerza como se muestra en la figura 26.

Dos de los materiales ms ampliamente utilizados enconstruccin, el ladrillo y el concreto son materialesfrgiles, sin embargo cuando se refuerzan debidamentecambian su comportamiento frgil a dctil :

El refuerzo, adems de resistir las fuerzas de traccin que essu funcin principal, dota a las construcciones de esaductilidad permitindoles que disipen energa. Pero,porqu es importante que una estructura disipe energa?La respuesta se obtuvo despus de analizar muchasconstrucciones debidamente reforzadas que resistieronsismos mucho mayores que los de diseo, aspecto queintrig a los investigadores durante mucho tiempo. Hoyen da se conoce, que esta mayor resistencia se debea que por mecanismos internos, la estructura disipa partede la energa que le transmiten los sismos. Esta propiedadjuega un papel fundamental en el diseo sismo resistentemoderno.

Como conclusin lgica tendramos la siguiente dcima regla:

Regla 10Regla 10Regla 10Regla 10Regla 10En zonas ssmicas todos los muros de las casas deben irdebidamente reforzados.

La madera presenta buenas condiciones de disipacin deenerga y es un material adecuado para construccin enzonas ssmicas, siendo de fundamental importancia unacorrecta ejecucin de las uniones, con detalles quegaranticen una accin en conjunto de toda la estructura ypermitan que esta exhiba su capacidad de disipacin deenerga.

Aunque los detalles de unin puedan variar en cadaregin y segn el tipo de madera, hay algunas quese han estandarizado, siendo prcticamente obligatoriosu uso, por ejemplo los conectores de anillo (Figura 23).

Figura 24. Los agrietamientosproducidos por los sismos sontpicos. Su anlisis nos permiteconcluir qu refuerzos sonnecesarios para evitar que sepropaguen y causen el colapsode la vivienda. (Ref. 10).

Figura 25. Formacin de grietasen una casa no reforzadadurante un sismo. (Ref. 10).

Figura 23. Las estructuras de madera parasu correcto funcionamiento requierende detalles especiales, tales como losllamados conectores de anillo quegarantizan un trabajo adecuado, sindesgarramiento de las uniones. (Ref. 9).

Figura 26. Un muro sin viga de amarre superior, an sin vanos, falla de laforma indicada. (Ref. 11)

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Figura 31. La irregularidad en la planta y con esto en los elementos resistentesproduce torsiones, adems de las traslaciones normales en las casas,las cuales pueden acelerar el proceso de agrietamientos y fallas. (Ref. 10).

En la formacin de grietas y su incremento, influyen muchosfactores adicionales a la ausencia de un amarre superior,entre otras la presencia de grandes vacos para puertas yventanas, una mala calidad de los materiales y una malaconstruccin, lo cual ha sido corroborado en ensayos delaboratorios (Figura 27).Observaciones postsismos, ensayos de laboratorio y estudiostericos (Figura 28) indican con claridad que la resistenciade las casas se aumenta significativamente, cuando todoslos muros se coronan con vigas de amarre debidamentetraslapadas en sus uniones de tal forma que con la cubiertaformen un diafragma que obligue a todos los muros atrabajar conjuntamente (efecto de cajn Ver regla 8.)

Adems de las vigas de amarre es fundamental que lacubierta quede unida a ellos (Figura 29) por un lado paragarantizar la accin de diafragma y por el otro para evitar lafalla prematura de las cubiertas (Figura 30). Es importantemencionar que en casas con planta irregular, se producenadems torsiones que empeoran sensiblemente los procesosde agrietamiento y falla aqu descritos y por esto, como yase mencion, deben evitarse en zonas de amenaza ssmicamedia y alta (Figura 31).

Figura 29. La cubierta debe unirse a los muros y vigas de amarre parapoder garantizar un trabajo en conjunto de toda la casa y lograr el efectocajn uno de los principales aspectos requeridos para la supervivenciade una casa en un sismo severo. (Ref. 10).

Figura 30. La cada de la cubierta o losa por mal amarre o anclaje,obliga a los muros a trabajar en forma independiente, perdindose con estoenormes reservas de resistencia. (Ref. 10).

Figura 27. Con el fin de complementar los estudios tericos, en loslaboratorios de todo el mundo se ensayan paredes, tratando de considerarel mayor nmero de variables y poder de esta forma proponer metodologasde diseo (Ref. 12).

Figura 28. Estudios tericos confirman los resultados experimentales(Ref. 13).

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Que otros refuerzos necesitauna casa ?

Figura 33. Casas agrietadas por procesos normales de envejecimiento opor defectos de construccin son mas susceptibles de ser daadasseveramente o colapsadas durante un sismo (Sin referencia).

Figura 32. Disposicin tpica de columnas y vigas de amarre en casas de1 y 2 pisos.

La observacin de los agrietamientos de las figuras 24 y 25fcilmente nos permiten concluir en qu sitios debenreforzarse las casas. La figura 32 da indicaciones al respecto.Es importante mencionar que la presencia de las columnasde amarre es fundamental para el trabajo de los muroscomo mampostera confinada (Ref. 14).

Es pertinente mencionar en este punto, que lasconstrucciones existentes que muestran algn grado dedeterioro (Figura 33) deben reforzarse con el fin de evitarque un prximo sismo las destruya.

Regla 1Regla 1Regla 1Regla 1Regla 1Una casa se comportar ms como se construy que comose dise y de ah la importancia de unos buenos materialesy de una excelente construccin.

Regla 2Regla 2Regla 2Regla 2Regla 2En toda casa, deben disponerse suficientes muros en dosdirecciones perpendiculares entre s.

Regla 3Regla 3Regla 3Regla 3Regla 3Los muros estructurales deben ser continuos (colineales) enprimer y segundo piso.

Regla 4Regla 4Regla 4Regla 4Regla 4Una buena cimentacin es fundamental para lograr un buencomportamiento ssmico.

Regla 5Regla 5Regla 5Regla 5Regla 5Debe disminuirse al mximo el peso de la construccin.

Regla 6Regla 6Regla 6Regla 6Regla 6Debe buscarse uniformidad y simplicidad en el planteamientode las casas.

Regla 7Regla 7Regla 7Regla 7Regla 7Deben evitarse las construcciones en suelos de rellenos oque por estudios se conozca que amplifiquen irregularmentelos sismos.

Regla 8Regla 8Regla 8Regla 8Regla 8Las fundaciones, la losa y la cubierta deben unirse (amarrarse)debidamente de tal forma que acten como una unidad (efectode diafragma).

Regla 9Regla 9Regla 9Regla 9Regla 9Debe procurarse que los muros estructurales sean lo mslargos posibles ojal 1,5 metros o ms, pero nunca menosde 1,0 metro.

Regla 10Regla 10Regla 10Regla 10Regla 10En zonas ssmicas todos los muros de las casas deben irdebidamente reforzados.

Resumen de las 10 reglasbasicas de la construccionsismoresistente para casas de 1y 2 pisos.

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1.1.1.1.1. Alan Davis , El Interior de la Tierra, 2 Edicin - Sigmar, Buenos Aires, 1976.

2.2.2.2.2. Selecciones de Scientific American con Introducciones de J. Tuzo Wilson, Deriva Continental y Tectnica de Placas, 2 Edicin - H. Blume, 1974.

3.3.3.3.3. James M. Gere & Haresh C. Shah, Terra Non Firma, W. H. Freeman and Company, New York, 1984.

4.4.4.4.4. Jos Creixell M. Construcciones Antissmicas y Resistentes al Viento, 3 Edicin - Limusa, Mxico, 1993.

5.5.5.5.5. Centro Interamericano de Vivienda y Planeamiento, Asismicidad en Viviendas Econmicas, 1 Edicin - Bogot 1959.

6.6.6.6.6. Egor P. Popov, Structural Engineering and Structural Mechanics , Prentice - Hall, 1980.

7.7.7.7.7. Thomas Paulay, Hugo Bachmann & Konrad Moser, Erdbebenbemessung von Stahlbetonhochbauten, Birkhuser 1990.

8.8.8.8.8. Mario Salvadori & Robert Heller, Le Strutture in Architettura, 1 Edicin - Etas Kompass, 1964.

9.9.9.9.9. Linton E. Grinter, PH.D., C.E., Elementary Structural Analysis and Design, The Macmillan Company, New York, 1942.

10.10.10.10.10. The International Association for Earthquake Engineering, Basic Concepts of Seismic Codes, Vol. I, 1980.

11.11.11.11.11. Attilio Arcangeli, La Estructura en la Arquitectura Moderna, Editorial Universitaria de Buenos Aires, 1965.

12.12.12.12.12. Jack R. Benjamin, A. M. ASCE & Harry A. Williams, Muros Confinados y Propiedades de Muros, Journal of the Structural Division, July 1958.

13.13.13.13.13. Enrique Bazn, Marciano Padilla & Roberto Meli, Seguridad de Casas de Adobe ante Sismos, Universidad Nacional Autnoma de Mxico, Junio 1980.

14.14.14.14.14. Meja C. Luis Gonzalo, Manual de Especificaciones para Construcciones de Uno y Dos Pisos, Medelln, 1999.

15.15.15.15.15. Gallegos, Hector Albailera Estructural, Pontificia Universidad Catlica del Per, 1991.

16.16.16.16.16. Profesor Wenzel, Estructuras para Arquitectos U. de Karlsruhe 1974.

17.17.17.17.17. Bolt, A. Bruce Serie Revert Ciencia y Sociedad, Terremotos, Editorial Revert, S. A., Espaa, 1981.

REFERENCIAS

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