Construcciones Sismoresistentes en la Construcción para el Desarrollo

De Construpedia

Uoc.jpg ESF.jpg ACCD.jpg Nota: Este artículo ha sido creado gracias a Ingeniería Sin Fronteras en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Tecnologías y Materiales de Construcción Para el Desarrollo (Cladera, A., Etxeberria, M., Schiess, I., Pérez, A.).

¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.


Los Terremotos son uno de los fenómenos naturales más imprevisibles y difíciles de evitar cual sea la intensidad que tenga, producen efectos negativos sobretodo en la construcción. Por lo que es necesario un adecuado diseño de la estructura y elección del material de construcción con el fin de conseguir Construcciones Sismoresistentes

En países empobrecidos, generalmente, una gran parte de la población no es capaz se comprar los materiales adecuados, ni tiene la formación necesaria para realizar una construcción adecuada, siendo este sector el más afectado debido a los terremotos.

Contenido

Problemas Estructurales Durante el Terremoto

Los efectos que produce un terremoto son básicamente: temblor, rotura del suelo y fuego.

Las condiciones de contorno son también parte básica delante del estudio de las consecuencias de un movimiento del suelo:

  • Tipo de suelo: cuanto más rígido mejor
  • Topografía de la zona: cuanto más plana mejor

Hay otros factores que afectan a los daños producidos: la configuración de la construcción del edificio, las aberturas, la distribución de la rigidez en el edificio, la ductilidad, la cimentación y la calidad de la construcción.

Mecanismos de fallo de diferentes tipos de construcciones:

  • La Cubierta sostenida sobre dos paredes de cizalla
  • Un caso más habitual de cuatro paredes y una Losa en la parte superior:

Se ha de tener en cuenta, finalmente que las paredes acostumbran a tener aberturas.

Características de la buena piedra para construir

Los efectos que produce un terremoto

a) Temblor del suelo: hablamos del suelo sobre el cual está hecho la construcción y produce aceleraciones, velocidades y desplazamientos que pueden afectar y pueden llegar a destruir los edificio. Es el efecto que nos ayuda a diseñar los edificios.

b) Rotura del suelo: evidentemente depende del tipo del suelo que tengamos, pero tanto la rotura como el asentamiento o el derrumbamiento y también la licuefacción del suelo tienen efectos no solo en la zona del edificio sino también en un área de influencia que puede llegar a ser de kilómetros. La licuefacción es muy peligrosa sobretodo para presas, puentes, cañerías enterradas o edificios aguantados sobre suelos con muy poca densidad saturada.

c) Tsunamis.Es un evento complejo que involucra un grupo de olas de gran energía y de tamaño variable que se producen cuando algún fenómeno extraordinario desplaza verticalmente una gran masa de agua.

d) Fuego: el fuego es uno de los efectos más devastadores y menos tenidos en cuenta en terremotos. Debe tenerse en cuenta que después de una primera sacudida se corta el agua potable por lo que cuesta mucho mitigar el fuego.

Cargas de diseño

El temblor del suelo es el efecto que nos ayuda a diseñar mejor los edificios contra los terremotos. De esta manera, el temblor del suelo produce unas fuerzas de inercia totalmente irreversibles, que pueden ser estudiadas, pero que resultan muy complejos por la particularidad de movimiento en las tres direcciones que tienen los terremotos.

Para estudiar el comportamiento de un edificio durante una sacudida, se han de modelar, la fuerza que produce un terremoto en un edificio. Así, con el tiempo se ha convenido que es una fuerza horizontal como la que produce el viento, la nieve, las fuerzas de impacto la que tiene lugar debido a un terremoto. Esta fuerza es dinámica y muy difícil de predecir con el tiempo; a pesar de eso, ecisten algunas aproximaciones que pretenden ser útiles ante el cálculo estructural:

La fuerza que se produce sobre la estructura.

Donde:

  • S: zona sísmica en la que se encuentra el edificio.
  • Fs: factor dependiente del tipo de suelo de los cimientos. Dependen de la dirección en la que se considera F.
  • I: factor de vulnerabilidad. Depende de la edad del edificio.
  • C: factor dependiente de la rigidez y amortiguación del edificio.
  • W: peso de la superestructura del edificio.

En general tanto las paredes como las columnas, vigas o otros elementos estructurales de este tipo han estado diseñados para soportar tensiones verticales y ante una tensión horizontal reaccionan de diferente manera. Pero la reacción de estos elementos es muy importante por los efectos que pueden llegar a causar el terremoto. Por eso se considera que el diseño ha de tener en cuenta no solo las tensiones verticales y horizontales sino también las de cizalla.

Conceptos Generales del Diseño Antisísmico

Se han de tener en cuenta:

  • Propiedades de los materiales de construcción
  • Características dinámicas del sistema del edificio
  • Características de las cargas de flexión de los componentes del edificio.

Para un diseño adecuado del edificio se debe de definir la categoría a la que pertenece el edificio y hacer una planificación adecuada del diseño que consistirá en:

  • Planificación del edificio, conceptos básicos a cumplir: simetría, regularidad, separación en bloques, simplicidad y área cerrada.
  • Escoger el lugar. Es muy importante la estabilidad del suelo: estabilidad de la losa, arenas muy débiles y arcillas inestables.
  • Diseño estructural: depende mucho del material y es el factor más importante
  • Resistencia al fuego: se ha de tener en cuenta a la hora de escoger los materiales

Para un buen diseño estructural sismorresistente se ha de tener en cuenta lo siguiente:

  • Un buen suelo de base
  • Utilizar un mortero de junta de ladrillos de buena calidad
  • Se han de poner paredes de cizalla en lugares concretos
  • Losas de techo y suelo han de estar suficientemente ligadas a las paredes

Siempre es mejor una estructura deformable que una muy rígida.

Materiales

En la naturaleza y en el mercado, tenemos mucha variedad de materiales para la edificación. Se analizarán los materiales más utilizables en países en vías de desarrollo económico; Ladrillos cerámicos, Piedra, Madera, tierra y Hormigón.

Ladrillos Cerámicos y Otros Materiales de Albañilería

Eficio de ladrillos.

Los daños que sufren pueden ser estructurales como no estructurales, entre los que se encuentran: daños y rotura de las paredes portantes, rotura del suelo, rotura de cubiertas y tierras. Para evitar cualquier tipo de daño se han de tener en cuenta una seríe de aspectos fundamentales de diseño:

  • Mortero: El mortero de junta de ladrillos es fundamental que tenga buenas características, es el que da rigidez al edificio.
  • Paredes: en la construcción de paredes portantes ha de tener como mínimo 190 mm de espesor y más ligeras que 20t.
  • Aberturas en las paredes: Deben de ser pequeñas y sobretodo centradas manteniendo simetría.

Piedra

Construcción de piedra.

Los problemas que causan los terremotos en las estructuras de piedra son básicamente tres:

Factores que se han de tener en cuenta para el buen funcionamiento: dimensiones, calidad mortero, aberturas en las ventanas, refuerzos verticales de paredes: la figura ilustra las características que han de tener estos refuerzos.

Separación de las paredes en las esquinas y las juntas-T ESF 128.jpg
Separación de los bloques internos. ESF 129.jpg
Colapso del techo: provocan la caída de las paredes o simplemente grandes agujeros.

Diseño de piedra

Para resolver estos problemas se ha de diseñar las estructuras vigilando los siguientes aspectos:

a) Dimensiones:

  • Un suelo tipo piedra
  • Altura de los bloques no superior a 3.5m ni inferior a 2.5 m
  • Ancho de las paredes más o menos entre 300 y 450 mmm
  • Distancia entre paredes no mayor a 7 m

b) Mortero:

  • Evitar mortero de arcilla al máximo
  • Utilizar morteros especificados.

c) Aberturas en las ventanas:

  • Como más pequeñas y más centradas mejor
  • Limitaciones como las que se muestran en la figura

d) Refuerzos verticales de paredes: la figura ilustra las características que han de tener estos refuerzos.

Madera

Construcción de madera.

Una de las cualidades de la Madera es que tiene una fuerza por unidad de peso mayor respecto a muchos otros materiales y es, por eso, muy adecuada para la construcción sismorresistente, pero produce impacto ambiental por la deforestación.

Para evitar las roturas de las estructuras de madera (sobre todo en uniones entre las pilas y vigas como la rotura de pórticos) se han de seguir las recomendaciones de diseño para este tipo de estructuras.

Tierra

La tierra tiene el gran inconveniente de no soportar las solicitaciones de sismos o la acción del agua. Las nuevas tecnologías en este campo, han podido reducir estas contras.

Estructuras de Hormigón Armado sin Diseño Previo

El hormigón puede ser uno de los materiales mas resistentes a los sismos y a muchos tipos de solicitaciones, pero eso siempre que esté acompañado de un buen diseño.

El punto más débil de las estructuras de Hormigón Armado son las columnas, por lo que para evitar el colapso es fundamental un adecuado diseño y construcción de pilares.

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