Figura 1. La peligrosidad sísmica en Navarra no es sólo una cuestión geológica
Queridos lectores, en los últimos días se están leyendo en prensa o se están escuchando por radio o televisión, referencias al impacto del enjambre sísmico que vivimos actualmente en la cuenca de Pamplona —debido a los movimientos localizados en el área de Lizoáin, Egüés y Esteríbar— que no son siempre acertadas. Hoy contamos con la aportación de una persona a la que admiro por su trabajo y su tesón y posiblemente una de las expertas más reconocidas del mundo cuando hablamos de resiliencia sísmica: Teresa Guevara Pérez, a la que conocí en Lorca los días posteriores a los terremotos que asolaron la monumental ciudad del Sol.
Coincido con más compañeras y compañeros, expertas en estos temas, todas de fuera de Navarra —con quienes he contrastado información e incluso han venido a la zona epicentral— en que Navarra adolece de una notable falta de estudios dedicados; muchas incertidumbres son fruto de ello y no pocas ausencias en la comunicación institucional de las certidumbres y certezas ya investigadas y publicadas, están distorsionando buena parte de la pedagogía que se le debiera exigir a nuestras instituciones. Sobre todo cuando afirman estar trabajando en pro de ella.
1. El impacto sísmico. El concepto de aceleración del suelo y su aplicación
Cuando hablamos de impacto sísmico, hablamos en términos de "g" que es la aceleración de la gravedad, el latigazo que golpea las estructuras y construcciones sobre el que calculamos los posibles efectos negativos de un terremoto (figura 1). Cuanto mayor sea "g" mayor es el daño; cada lugar tiene adjudicado un valor previo de la "g" esperada en función del conocimiento que tenemos de la geología y de la historia. Con ese valor se proyectan los edificios y las infraestructuras.
Cada municipio tiene su valor y los mapas que lo reflejan, éstos aparecen en las normas y sus actualizaciones. Por ejemplo, a Pamplona en la última actualización de 2012-2015 se le adjudicó 0,09g (el 9% de la aceleración de la gravedad). Este valor aumenta si el tipo de terreno que sustenta el edificio, presa, central de energía, palacio de los deportes, circuito de velocidad o campo de fútbol, se considera poco competente y susceptible de amplificación de ese valor.
Aquí la expectativa es de 0,09g en la norma NCSE-2002 en esta última actualización, y no 0,04g como se está diciendo en los medios, aunque la discusión de si es o no es de obligado cumplimiento, continúa en ciertos círculos por el ahorro en materiales y la mentalidad especulativa y cortocplacista que parecemos incapaces de erradicar cuando se trata de salvar vidas humanas; la inversión en la mejora de las estructuras aplicando la actualización de 2012-2015 es ridículamente pequeña y a largo plazo supone un gran ahorro por la seguridad que acarrea.
Por eso, por el conocimiento que ahora tenemos del medio y por otros motivos que veremos, la actualización de los mapas de peligrosidad sísmica debe ser obligatoriamente tenida en cuenta en el diseño de edificaciones y grandes obras de infraestructura en España. La última actualización de 2012 en Pamplona y su área metropolitana propone para la NCSE-02 vigente, valores de ab=0,09g, tal y como se apunta en el apartado VI.2. CÁLCULO DE LA ACCIÓN SÍSMICA DEFINIDA EN LA NORMA NCSE-02, HACIENDO USO DEL NUEVO MAPA DE PELIGROSIDAD (ISBN 948-84-416-2685-0).
Sin embargo, el 10 de marzo de 2017, el acelerógrafo de Pamplona registró 0,16g durante el terremoto M4,2 de las 8:43 horas de la mañana (hay más información sobre ese evento en este informe preliminar). El valor quedó bastante cerca del de la aceleración espectral de periodo 0,2 segundos (SA 0,2s) para un período de retorno de 475 años, que como podemos ver, para Pamplona es de 0,18g.
En demasiadas ocasiones se está apelando a los terremotos de Lorca de
mayo de 2011 (4,5 y 5,1 Mw) como una referencia de contraste para
resaltar diferencias en el daño a edificios e infraestructuras o en los
parámetros geofísicos, tales como la aceleración del suelo en Pamplona.
Recordemos que Lorca fue desgraciadamente el mejor laboratorio de estudio de que dispusimos en lo que va de siglo XXI en España; el mortal 0,38g de mayo de 2011 con el terremoto M5,1 de la tarde, vino dos horas después del 0,25g generado por el M4,5 previo, y es que en Lorca —según la normativa vigente en 2011— lo que se esperaba era 0,12g, lo que eximía de toda sospecha inicial al sector de la construcción y a los proyectistas y ponía en el centro del debate cierta dejadez institucional solapada a la falta de inversión pública y sobre todo, del sector más directamente implicado, el de la construcción, que sigue sin parecer demasiado interesado en conocer el medio sobre el que desarrollaba su actividad.
Recordemos también que el terremoto superficial típico europeo, español, francés o italiano, nada tiene que ver con el latinoamericano, japonés o californiano profundo, porque si atendemos exclusivamente a la magnitud, podríamos malinterpretar el daño. Cuando fuimos a los congresos internacionales y los expertos de esos países veían las fotografías y vídeos de los impactos de Lorca y preguntaban por las magnitudes (4,5 y 5,1), quedaban estupefactos: "¡pero si eso son sismitos!", decían...
Así es la sismicidad superficial (1-2 km de profundidad) a escasos 1,5 km de una ciudad y con una cierta direccionalidad. La aceleración generada en el medio urbano, o el golpe explosivo de cinco segundos (la energía de unas 30 bombas atómicas como las de Hiroshima), fue más letal que muchos de los terremotos profundos (20-40 km de profundidad) con bastante mayor magnitud que no afectan tanto a las estructuras modernas o al patrimonio cultural. Por eso las normativas se basan en diagnósticos cartografiados sobre un valor esperado de la aceleración y su posible amplificación por suelos blandos, sueltos, terrenos cuaternarios, que se comportan como "lupas sísmicas".
Este fue el hilo argumental en la exposición preliminar de mis conclusiones ante las autoridades públicas y empresariales de la Región de Murcia, después de ordenar los primeros datos tomados en la Ciudad del Sol aquellos días posteriores a las desgracias humanitarias y económicas que vivieron. Se puede ver la exposición completa aquí utilizando aquellos datos preliminares.
Algo sí que cambió en el mundo empresarial después de publicar nuestros informes a finales de 2011 y también en 2012, artículos académicos y sobre todo, el proyecto de recuperación y resiliencia que presenté por encargo del Ayuntamiento de Lorca (se puede consultar la definición en la página 48 del informe "Lorca Resiliente" en el Catálogo General de Publicaciones de la Administración General del Estado, Secretaría General Técnica del Ministerio del Interior, Dirección General de Protección Civil y Emergencias), la confederación de empresarios y la universidad de Murcia (con participación del Parlamento Europeo). Entonces la sociedad en general comenzó a interesarse por estos temas y se realizaron cursos especializados y una intensa campaña pedagógica se puso en marcha; desafortunadamente también supimos que muchos de los prejuicios o conceptos que seguían ampliamente extendidos en el sector, iban a ser difíciles de cambiar. Y lo siguen siendo.
Así que me gustaría entrar en el debate para poder aportar mi propia experiencia y aclarar una serie de cuestiones de vital importancia que equivocadamente se están difundiendo, sobre todo en radio y en prensa, debido, fundamentalmente, a la falta de importancia que se le ha dado históricamente al fenómeno sísmico en Navarra, algo que es realmente arriesgado.
Fue allí en Lorca, donde conocí a Teresa, una de las mayores expertas del mundo sobre el impacto sísmico en las ciudades y sus consecuencias. Teresa Guevara Pérez fue quien impulsó la fundación de INDERC, el Manifiesto de Lisboa y tantas y tantas publicaciones que han supuesto una mejora en el conocimiento del medio que habitamos, tanto el natural como el que hemos modificado a veces de maneras irreflexiva y peligrosa, sobre todo el medio urbano.
Tras aquellos terremotos de 2011, a petición de la confederación de empresarios a la universidad de Navarra, lugar donde entonces ejercía mi profesión como director técnico del laboratorio de arquitectura, me trasladé a la ciudad del sol, Eliocroca, a tomar todas las notas posibles, inspeccionar daños, recorrer las zonas afectadas y ofrecer una serie de charlas de mis conclusiones que culminaron en una propuesta concreta para elevar el conocimiento europeo sobre los efectos no sólo arquitectónicos de la sismicidad, también sociales, económicos y humanos en cuanto a pedagogía y previsión, (a quien interese ese importantísimo aspecto tiene aquí parte de mi aportación en el minuto 1:50:45). En la Escuela de Arquitectura impulsé antes de mis viajes, un encuentro multidisciplinario, el primero del Estado, para analizar desde varios puntos de vista lo ocurrido en Lorca (figura 2).
Junio, julio, agosto y septiembre de 2011 fueron cruciales en los encuentros que mantuve con diferentes profesionales de los ámbitos del cuidado del patrimonio histórico, las leyes, la política, la empresa, la docencia, la gestión de las emergencias, la geotecnia, la pedagogía… Durante 2012 mis viajes continuaron y tras los terremotos de Ferrara de 2012 pude comprobar in situ que las conclusiones a las que habíamos llegado eran prácticamente universales. En 2014 presentamos Lorca Resiliente. Podéis bajar el pdf con todas las lecciones aprendidas de aquí.
Cada vez que sucede un terremoto, los informes sobre las causas de los daños y la pérdida de vidas humanas apuntan a una serie de vulnerabilidades que no son exclusivas de la ingeniería sísmica, la geología o la arquitectura. Las normas de construcción sismorresistente no han sido, no son y nunca serán suficientes. Cada vez que volvemos a publicar los informes posteriores a esas desgracias por causa de otros terremotos posteriores, volvemos a poner una y otra vez las mismas vulnerabilidades sobre la mesa. Incluso tras mi comparecencia en el Parlamento de Navarra en pleno enjambre sísmico en 2013 en El Perdón, las promesas de actuación respecto de los puntos que voy a volver a señalar por enésima vez, no se han cumplido en absoluto. Tampoco algunos medios de comunicación van a la fuente experimentada y están dando voz a cargos importantes que desconocen el actual estado del arte en esta materia.
Cuatro son los factores que van a determinar la amenaza sísmica repartida en el tiempo en un determinado lugar y para una población concreta:
- a. La actividad sísmica local es la más importante de las cuestiones a considerar, por eso conocer y no olvidar la historia es vital.
- b. Las características del terreno que acogerá las ondas, la geología, la topografía, las formaciones cuaternarias locales (terrenos sueltos) y la interacción terreno-cimiento.
- c. La posibilidad de ocurrencia de sismos a determinada distancia de la ciudad, es decir, la presencia de accidentes tectónicos destacables cerca de los núcleos englobados en su zona de acción, los cuales, en interacción con los terrenos que acojan las ondas con características dinámicas determinadas, pueden amplificar la aceleración en superficie.
- d. La educación sísmica de la población, una cultura que salva vidas.
Es más que probable que en Navarra, y especialmente en la cuenca de Pamplona, suspendamos en los cuatro. La amenaza y la vulnerabilidad son variables que dependen la una de la otra. Los terremotos y las tipologías de suelos o rocas, por sí mismos, no tienen por qué ser una amenaza para la ciudad. Las tormentas, las nevadas, el viento, son también fenómenos naturales que de por sí no son dañinos, hemos aprendido a convivir con ellos. Para que se produzca una desgracia tienen que darse cita una serie de componentes físicos, sociales y culturales que se mantengan expuestos y que no se hayan identificado. Un edificio o un barrio puede ser vulnerable a un tipo de terremoto mediano, pero a otro de mayor magnitud y diferente manera de propagación no tiene por qué serlo. Probablemente no sería tan dañino un terremoto de magnitud 6 en las Bardenas como uno de magnitud 4 bajo la plaza del Castillo.
Una de las mejores herramientas para evaluar y actuar en consecuencia es la zonificación geotécnica-sísmica; es un pronóstico basado en los accidentes tectónicos, el estudio de la historia y las características dinámicas de los terrenos (figura 1), una división que puede hacerse por barrios, manzanas... Nos permite conocer el medio sobre el que construimos nuestras casas, barrios, negocios, en definitiva, nuestro hábitat. Debemos mantener la idea de que ciertas disposiciones y actitudes a la hora de asumir este fenómeno natural, pueden paliar los efectos negativos de un evento catastrófico y nunca deberemos descartarlo.
2. Configuraciones urbanas
En cuanto a las configuraciones urbanas, éstas son decisivas a la hora de prever el daño. Como casi todo el mundo sabe ya en Pamplona, el protocolo de actuación institucional es el SISNA (figura 1). Uno de sus autores revisó el pasado fin de semana conmigo el estado y el daño de la zona epicentral. Tomamos medidas, datos, fotos y comentamos sobre la necesidad de su actualización al haber cambiado de manera sensible la percepción de la recurrencia de eventos históricos importantes y los nuevos conocimientos de los que nos va a hablar más abajo Teresa Guevara.
Se ha dicho en los medios navarros que los edificios que colapsaron en Lorca eran antiguos y de materiales de baja calidad. No son ciertas en absoluto ninguna de esas afirmaciones. El único edificio de viviendas que colapsó era moderno, de hormigón armado y estaba en el barrio de la Viña (ver las figuras 3a y 3b de abajo donde me encontraba con un equipo de ingenieros y arquitectos tomando las notas pertinentes antes de la demolición total y retirada de escombros; concluyeron en las explicaciones que ofrecí en la sede de CECLOR días después).
Contiguo a él pudo verse el daño, el mismo o muy parecido, de otros bloques que no colapsaron. En la figura 3c también se puede ver otra solución que fue muy dañina y que afectó a edificios modernos, y aunque no se dieron colapsos por "columnas cautivas" queda claro que el problema no son los materiales ni la antigüedad de los edificos, sino diseños inadecuados trazados en proyecto que desconocen —o simplemente obvian— la realidad del medio físico donde se pretenden implantar.
La denominada Avenida de las Promesas Solemnes (se denominaba así entre las asociaciones vecinales y técnicas porque fue visitada por los líderes políticos antes de las elecciones y se prometió, como siempre, lo que nunca se cumplió) fue uno de los escenarios donde vivimos las mejores lecciones recibidas por proyectistas e investigadores sobre el problema de adecuar las estructuras a una zona inclinada en una ladera en un área propensa a la sismicidad, porque trabajos y datos históricos sí había y sí se habían hecho por historiadores.
Las causas últimas fueron debidas al pilar demasiado corto que tuvo que absorber las deformaciones generadas por la aceleración del suelo, y como la mayoría de las veces ocurre, esa falta de simetría y homogeneidad, en concreto a la diferencia de longitud de los pilares (que fallaron tambien en esa avenida como se ve en las figuras 3a y 3b), con períodos de oscilación diferentes propició la ruina definitiva. Esto fue algo que se repitió en los edificios adyacentes y que posteriormente hubo que derribar, pero no colapsaron, permanecieron en pie; los investigadores los llamábamos "Edificios Mercadona" por la cercanía y afectación de un supermercado de esa conocida marca.
De esa manera, que resultó perniciosa, fue como los proyectistas resolvieron —sin formación en los potenciales efectos de la sismicidad— la edificación en una ladera (figura 3b). La mayoría de los que quedaron en pie presentaban tantos daños que debieron ser demolidos. Este es uno de los objetivos de la NCSE-02: auque el edificio quede arruinado la estructura debe aguantar en pie con el objeto de salvar el máximo número de vidas. La demolición posterior es ya otra historia... Al igual que los automóviles, pueden quedar inservibles tras un accidente, pero preservan en lo posible el espacio donde nos encontramos los humanos.
No obstante, ese objetivo que los ingenieros, geólogos, planificadores, arquitectros, hemos casi culminado gracias a la investigación tras los terremotos que afectaron a entornos urbanos, es completamente insuficiente. En las comunidades, ayuntamientos, autonomías, regiones..., fuera y dentro de las casas puede no estar presente la cultura de la protección, tanto individual como colectiva. Y eso, en conjunción con otras carencias técnicas, pero sobre todo, de formación de los arquitectos, geólogos e ingenieros, sobre qué significa proyectar y resolver la adecuación de los edificios a, por ejemplo, características topográficas peculiares, fue determinante. Esta falta de consideración con la realidad geológica del medio puede ser letal. Así se fraguó lo que mató, no sólo en Lorca, también en Emilia Romaña y otros lugares del planeta; en el trasfondo yace una falta de formación y conocimiento del medio que en el momento menos esperado se vuelve contra nosotros. Ver figuras 7a y 7b y los vídeos que acompañan a esta entrada.
Figuras 3a y 3b. Barrio de La Viña de Lorca. El único edificio colapsado era moderno y de hormigón armado. Afortunadamente estaba vacío durante el segundo terremoto M5,1. Solamente dos personas estaban en la azotea. Sufrieron heridas, pero no hubo víctimas. 3c. "Columnas cautivas" en la zona este de Lorca. Se produce un efecto parecido al estar parcialmente confinadas en la base y en la parte alta con objeto de dejar un espacio abierto para ventanales; en realidad se comportaron como pilares cortos.
El otro edificio que colapsó no eran viviendas, fue la iglesia de Santiago (figuras 4). La explicación de la calamidad vino tras conocer que la restauración en 1994-1995 de la cubierta con hormigón armado de muy alta resistencia y peso fue contraproducente. Este caso inspiró un brillante análisis en este blog por parte de Manuel Fortea en este artículo que ilustra semejante aberración, lo hace poniendo el ejemplo de una prótesis en que se abusa de la resistencia de la misma y en un segundo accidente lo que rompe es nuevamente el hueso. Este tipo de incongruencia mecánica está mucho más extendida de lo que se cree, yo mismo lo pude comprobar durante más de tres décadas participando en los proyectos de restauración del Patrimonio Histórico vasco y navarro de la mano de sus respectivos departamentos, en especial con la Fundación Príncipe de Viana en Navarra.
Figuras 4a y 4b. Iglesia de Santiago de Lorca, un colapso por una restauración inadecuada de 1994.
Es de destacar que tanto elementos modernos como antiguos suelen presentar la mayoría de las veces —debido a su uso, diseño y funciones— daños muy similares. El daño a cortante con su inconfundible firma en aspas o en "X" es el sello característico del impacto por sismo en todo tipo de estructuras y materiales, antiguos y modernos (figuras 5).
A ambos barrios de Lorca que pudimos visitar los investigadores, accedimos con ayuda y supervisión de las fuerzas de seguridad y protección civil para recorrer y estudiar los daños antes de ser demolidos. Las configuraciones urbanas de planta libre se han extendido por toda la geografía del planeta. Desafortunadamente también en zonas sísmicas y propensas a cierta sismicidad moderada como Navarra y la cuenca de Pamplona (figuras 6). Los años posteriores fueron cruciales para consolidar una nueva perspectiva sobre el fenómeno natural de la sismicidad en Europa, entonces, la mayoría de los investigadores habíamos entregado ya nuestros trabajos (figura 8).
Figuras 6a y 6b. Pisos débiles, plantas diáfanas. La evolución perversa de los cinco puntos de Le Corbusier en zonas sísmicas. Arriba, La Viña, abajo San Fernando (Lorca).
Esta evolución histórica es algo que se ha explicado a nuestros dirigentes en el Ayuntamiento de la capital, en el Parlamento de Navarra en sendas comisiones, y en numerosas ocasiones en los colegios profesionales y universidades, también a las personas más influyentes del sector de la construcción y de la rehabilitación que a pesar de ganar dinero a raudales en plena burbuja, prácticamente nunca fueron sensibles a esta realidad. Tampoco se anclaron los elementos ornamentales o constructivos, que son los que desafortunadamente, en combinación con la falta de cultura sísmica que vivimos, son los que más muertes acumulan (figuras 7).
Quien suscribe no escatimó tiempo, recursos propios y esfuerzos para concienciar a los responsables de las administraciones en tomarse esta cuestión en serio, una asignatura todavía pendiente a pesar de las actividades sectoriales, universitarias, científicas y culturales a que se invitó a los responsables a lo largo de estos años y a pesar también de la cantidad de trabajo desinteresado que se les sigue facilitando.
Como se puede ver en la página 55 del SISNA el casco viejo está pidiendo a gritos una campaña seria de inspección técnica como la que se les hace por ejemplo, a los automóviles a partir de cierto tiempo de uso. Muchos niños navarros, alaveses, cántabros, donostiarras ya saben qué hacer en caso de terremoto gracias a la iniciativa de sus profesores o de científicos comprometidos con la noble tarea de salvar vidas a través del conocimiento del medio y el sano concepto de peligrosidad, seguridad y protección, individual y colectiva. En este artículo se puede ampliar y verificar lo que acabamos de afirmar. Ha sido ampliamente comprobado en diferentes lugares del planeta y en diferentes culturas.
Pero no sólo eso, estos días hemos escuchado en los medios de comunicación y hemos leído que el hecho de que en el casco antiguo de Pamplona unos edificios se apoyen sobre otros le confiere estabilidad al conjunto. Esta afirmación es falsa en la mayor parte de los casos y no corrobora el grueso de las observaciones. La convivencia de diferentes estructuras, y sobre todo alturas, convierte al conjunto de edificios de buena parte de "lo viejo" en más vulnerables, tal y como se publicó y divulgó en varias ocasiones y se presentó a sus señorías en el Parlamento de Navarra con motivo de la comisión de seguimiento de la crisis sísmica ocurrida en 2013. Entonces un medio de comunicación quiso divulgar esta cuestión a la manera como lo hacen los medios de masas, para lo que contamos con la ayuda de Xavier Chérrez, arquitecto especializado en Patrimonio Histórico del Arzobispado de Pamplona. Si no fuese así, no aparecería perfectamente señalado en el SISNA (página 55) con la Chantrea como los lugares a los que mayor atención deberíamos prestar "en cuanto tengamos un hueco". Veamos:
3. La iniciativa del Ayuntamiento del Valle de Egüés/Eguesibar
Después de la interminable noche de temblores y desasosiego que vivimos en la cuenca de Pamplona la madrugada del 1 de octubre de 2020, con más de un centenar de eventos de los cuales media docena fueron fuertemente sentidos en toda la ciudad, además dos de ellos en las cuencas del Ebro y del Bidasoa desde Gipuzkoa a Tarragona y Barcelona, todas estas cuestiones fueron motivo de cierta inquietud para las personas que viven en el área epicentral. Es completamente comprensible y no iba a ser la ciencia la que no les diese las respuestas que puede ofrecer.
Consideraron contactarme y así lo hicieron desde el Ayuntamiento y se planificó rápidamente una charla y una reunión gestionadas por una persona del ámbito de Protección Civil con las personalidades del Ayuntamiento del Valle de Egüés. Con todo perfectamente coordinado tuve el placer de poder atender a sus preguntas y compartir nuestras experiencias.
Aún inmersos en el enjambre actual, quisieron conocer de primera mano los efectos de los terremotos, la potencialidad de la geología local con los diseños constructivos y qué hacer y cómo comunicar a sus vecinos lo que todas estas personas están viviendo, pero sobre todo, caminos de adaptación inteligentes, aprendiendo a convivir con una naturaleza que se está mostrando vehemente en lo que va de #TerremotoPamplona en estos meses. Y todo ello con la dificultad añadida de organizarlo inmersos en las limitaciones y medidas preventivas por la pandemia de COVID-19 que aún vivimos.
4. La historia de España también se ha escrito entre ondas sísmicas
Teresa Guevara es venezolana y española, es posiblemente una de las mayores expertas en configuraciones urbanas vulnerables por fenómenos sísmicos del mundo. Ella ya ha colaborado en este blog y en los que construimos para la sesión especial de Lisboa, cuando muy poquitos expertos hablábamos de vulnerabilidades urbanas o urbanismo resistente a sismos y la ordenación del territorio como una herramienta válida para salvar vidas y patrimonio, y que por cierto, fue una de los grandes éxitos de nuestros pioneros antepasados, tal y como expliqué en este artículo para la revista del Colegio de Geólogos de España cuando era el delegado en la Comunidad Foral de Navarra. America Latina ha vuelto a darnos lecciones que aquí fueron olvidadas, pero cuyo embrión nació y se desarrolló desde la entrega y la abnegación de quienes tuvieron que conocer y saber adaptarse a los terremotos, tanto en ultramar como en la península. Teresa no solo es una referencia internacional, es una persona muy cercana y generosa.
Fue tras los terremotos de Guatemala de 2012 y el de Albacete, en plena meseta en 2015 (y de los que os invito a leer) que se rescató este importantísimo trocito de la historia que se había perdido, pues la historia de España también es sísmica a pesar de la amnesia sísmica que vivimos desde hace ya 136 años. Tal y como explico en mis charlas, publicaciones, medios de comunicación o en redes sociales, este olvido es muy peligroso y se debió a varias cuestiones, pero sobre todo, al no haberse vivido terremotos catastróficos con intensidades por encima de VIII durante tantos años, una anomalía histórica que supera a la del siglo XIII. Ni siquiera a los terremotos de Lorca se les considera.
Pero también sabemos que varias ciudades englobadas en el área sísmica pirenaica han sido golpeadas en el pasado por terremotos destructivos. De ellos, al menos cuatro grandes terremotos lo han hecho con magnitudes mayores de 6 e intensidades VIII a X durante los últimos siete siglos, el último hace más de 260 años; aun así, no se han desarrollado planes especiales de carácter urbanístico o de inspección técnica de edificios acordes con esa realidad natural, especialmente en poblaciones con más de 10.000 habitantes de Navarra, Guipúzcoa o Álava. Trágicamente, una parte significativa de las poblaciones también de Europa y España están localizadas cerca de regiones de conocida (o aún no) actividad sísmica ¿No es hora de repensar el urbanismo y desarrollar nuestras mejores herramientas de mitigación como la ley del suelo de 2008? Las normas de construcción sismorresistente no han sido, no son, y nunca serán suficientes.
Figura 8. Lo que aprendimos en Lorca visto por el retrovisor un año después.
En varios medios en digital recogidos por la UN
En ABC.
5. Datos principales (se van actualizando)
En la zona epicentral Lizoáin-Egüés-Esteríbar, desde el día 28 de agosto de 2020 hasta el día 6 de noviembre de 2020 han sucedido 680 eventos sísmicos (figura 11) de los cuales han sido sentidos 64 (el 9,4%). Las magnitudes (mbLg) van desde 0,4 hasta 4,6 siendo la media de los sentidos de 2,4 (figura 9).
Las intensidades van de I-II hasta V. La media es II-III. En la siguiente figura 9 puede observarse que en el intervalo de estos meses las personas se han vuelto más sensibles. La media desde que empezó el enjambre el 28 de agosto pasado hasta el 6 de noviembre, es de 9,9 temblores sucedidos y 0,9 sentidos cada día (figuras 9 y 10).
Figura 9. Distribución de intensidad y magnitud de los 64 eventos sentidos (28/08 al 06/11 de 2020).
Figura 10. Intensidades máximas de los 64 terremotos sentidos desde el 28/08 al 6/11 de 2020.
Figura 11. Línea temporal del enjambre sísmico con los 680 #TerremotoPamplona sucedidos desde el 28 de agosto hasta el 6 de noviembre de 2020. Se pueden diferenciar 6 fases con ciertos intervalos de relativa tranquilidad sísmica de entre unos tres días y menos de dos semanas.
Figura 12. Ferrara se va reforzando como lo está haciendo Lorca y media Italia. La mayor frecuencia de sismos en ese país ha desembocado en que se hayan solapado los refuerzos más antiguos a columnas y arcadas con los más modernos pensados dentro de los nuevos paradigmas. Algunos adquieren nuevas funciones urbanas, allí se les puede ver con anuncios, pegatinas, colgaderos si unen arcos, estanterías para libros y revistas, lugares donde encadenar biciletas, dejar avisos, intercambio de objetos...
Quiero agradecer también a Patrick Murphy su
generosidad a la hora de permitirnos utilizar sus excelentes dibujos,
tanto sobre los efectos de los terremotos como los de campo y trabajo,
además de sus pedagógicos esquemas en las inspecciones en Lizoáin,
Leyún, Redín, Urroz, Ekai..., y sus regalos en forma de arte. A Patrick también le conocí en Lorca.
Sin más puntualizaciones os dejo con Teresa.
Antonio Aretxabala
Pamplona, 10 de octubre de 2020
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Teresa Guevara Pérez
LA PLANTA LIBRE EN LOS EDIFICIOS: CONFIGURACIÓN MODERNA GENERADORA DE IRREGULARIDAD SÍSMICA
Facultad
de Arquitectura y Urbanismo, Universidad Central de Venezuela, Caracas.
Resumen
La irregularidad en la configuración es uno de los factores que se incluyen actualmente en la mayoría de las normas sísmicas para definir el procedimiento de análisis que se aplicará en el diseño sismorresistente de los edificios. Estas irregularidades se deben generalmente a decisiones arquitectónicas tomadas en el diseño original del edificio, o en remodelaciones posteriores. Las normas establecen dos categorías de irregularidades: en planta y en alzado. Entre los tipos en alzado se han establecido: piso blando (distribución irregular de la rigidez) y piso débil (distribución irregular de la resistencia). Ambas configuraciones se conocen en términos arquitectónicos como planta libre. El origen arquitectónico de estas configuraciones se deriva principalmente de los postulados de la arquitectura moderna que se establecieron desde mediados del siglo XX y se adoptaron mundialmente tanto en zonas no sísmicamente activas como activas.
Ante los numerosos informes que después de los sismos han reportado daños severos y hasta el colapso de edificios con estas configuraciones se inició la investigación que se resume en esta ponencia. El objetivo principal es definir cómo se puede lograr pasar del conocimiento académico a la práctica profesional para evitar la manera en que hasta ahora se ha tratado el diseño y construcción de edificios con las configuraciones estudiadas. Se examinó: el origen arquitectónico de las configuraciones, las razones para su difusión internacional, las normas urbanas que promueven su uso, los conceptos y normas que definen su comportamiento ante sismos. Como resultado se presentan una serie de recomendaciones tanto arquitectónicas como estructurales.
Palabras clave: piso blando y piso débil, configuración sísmicamente irregular, arquitectura moderna
Introducción
En términos de arquitectura moderna se conoce la planta libre como un piso del edificio en el que la mayor parte de su espacio interior no presenta paredes o muros rígidos, inamovibles o difíciles de remover. La serie de ventajas tanto estéticas como funcionales que proporciona este concepto de diseño arquitectónico ha sido la causa por la que internacionalmente desde principios del siglo XX se ha estimulado y en algunos casos hasta se obliga su uso a través de las normas de zonificación urbana (NZU) en gran parte de las ciudades contemporáneas. La planta libre ha sido ampliamente utilizada tanto en zonas que nos son sísmicamente activas como en las que sí lo son, generando innumerables edificios con irregularidades estructurales identificadas en las normas sísmicas como de los tipos piso blando y piso débil, con los consecuentes efectos desastrosos cuando ocurre un sismo.
Estos dos conceptos suelen confundirse y a veces hasta usarse como sinónimos aun cuando cada uno de ellos está relacionado con una característica física de la estructura de tipo diferente: el piso blando o piso flexible con la rigidez y el piso débil con la resistencia a las fuerzas producidas por los sismos.
El objetivo principal de la investigación que se llevó a cabo, fue estudiar las estrategias para subsanar las discrepancias entre arquitectos y urbanistas por un lado, e ingenieros estructurales por el otro, en cuanto al significado profesional en el uso de esta configuración arquitectónica-estructural y las estrategias para que se llegue a un entendimiento para reducir la vulnerabilidad sísmica de los edificios, tanto a ser diseñados y construidos, como las existentes.
Se estudió: (1) el origen y la evolución de la configuración arquitectónica, conocida como planta libre, en la ciudad contemporánea; (3) la identificación histórica de esta configuración como causante de vulnerabilidad sísmica; (4) los conceptos estructurales que identifican a la planta libre como sísmicamente irregular; (5) la identificación de diferentes configuraciones arquitectónicas que se consideran dentro los tipos de piso blando y piso débil y sus efectos en los edificios cuando ocurre un sismo significativo; (6) las normas urbanas de ciudades contemporáneas que estimulan el uso de esta configuración; y (7) ejemplos emblemáticos de edificios cuyos daños ante sismos se identificaron como causados por la irregularidad de sus configuración. Se incluye en esta ponencia un resumen de este estudio y algunas de las observaciones y recomendaciones que se derivaron de él.
1 El origen y la evolución de la
configuración arquitectónica tipo planta
libre
La configuración arquitectónica planta libre, tan común en la ciudad contemporánea, se deriva principalmente de tres de los cinco puntos para una nueva arquitectura de Le Corbusier (LC) que definen los postulados de la arquitectura moderna: (1) los pilotis: son columnas muy esbeltas en la planta baja (PB), o piso a nivel de calle que se deja libre de paredes, con lo cual se crea una especie de espacio “vacío” entre el terreno y la primera planta habitable, dando la sensación de que el edificio flota en el aire y permitiendo la circulación peatonal a través de este espacio; (2) la planta libre: se traduce en una planta de arquitectura sin ningún, o muy pocos, muros o paredes inamovibles, dando mayor libertad para la disposición de las actividades que allí se realizan y eliminando las restricciones de diseño arquitectónico que imponía en los edificios tradicionales la presencia de muros estructurales; (3) la fachada libre: libre de muros estructurales, que permite una mayor flexibilidad en el diseño, distribución y uso de materiales para el cerramiento exterior del edificio, y hasta la opción de prescindir de éstos.
La instauración internacional de los postulados modernos se realizó a través del Congreso Internacional de Arquitectura Moderna (CIAM) que se celebró desde 1928 hasta su disolución en 1959. Estos postulados se fundamentaron en el uso de los nuevos materiales de construcción y estructuras porticadas de concreto reforzado que se venían desarrollando desde finales del siglo XIX y que hicieron factible la construcción de edificios soportados por columnas muy esbeltas, dejando de lado el sistema estructural de muros que predominó hasta principios del siglo XX. En la figura 1 (Guevara 2012, p. 232) LC con sus gráficos compara aspectos de la arquitectura tradicional y de la moderna propuesta por él; en la parte superior a la izquierda, entre los cinco puntos de la arquitectura moderna, se destacan los tres puntos que están vinculados con las configuraciones estudiadas, y a la derecha ilustra las ventajas que proporciona la PB libre de la propuesta moderna y las desventajas en los edificios tradicionales: muros portantes funcionalmente inflexibles. En la parte inferior, compara el diseño “paralizado” e inalterable (plan paralysé) de los edificios tradicionales y algunas de sus desventajas: insalubridad, ineficiencia y desperdicios, con el diseño moderno: una estructura independiente, planta y fachada libres, y algunas de sus ventajas: economía, higiene y circulación peatonal separada de la circulación vehicular.
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| Figura 1. LC compara las desventajas de la arquitectura tradicional y las ventajas que proporciona la configuración tipo planta libre |
Desde principios del siglo XX los arquitectos e ingenieros de Japón habían comenzado a usar estructuras de concreto reforzado y de acero, y las configuraciones arquitectónicas que en ese momento se imponían en Europa y EE.UU. Pero también los especialistas en ingeniería sismorresistente comenzaron a notar que la planta libre podía influir en el comportamiento de los edificios ante los sismos. Se resume a continuación los párrafos vinculados con el tema tratado de la sección Crónica sobre la influencia de la configuración en el desempeño sísmico en Guevara (2009, pp. 58-73).
Según Freeman (1932, p. 711), después del sismo de Kanto, Japón de 1923, Tachu Naito, reconocido ingeniero y profesor de arquitectura en la Universidad de Waseda en Tokio, presentó en el boletín de junio de 1927 de la Sociedad Sismológica de EE.UU. un resumen en inglés de su libro escrito en japonés, considerado un tratado sobre diseño sismorresistente. De los cuatro principios fundamentales propuestos por Naito con relación a aspectos de la configuración, dice el punto 3: “Se deben usar paredes rígidas abundantemente y se deben disponer simétricamente en planta y continuas en toda la altura del edificio”. Estos principios no trascendieron ni en EE.UU. ni en la mayoría de los países ubicados en zonas sísmicas que seguían el modelo de los edificios flexibles. Las ciudades importantes de estos países crecían aceleradamente incorporando a las zonas urbanas las edificaciones con estructuras flexibles y paredes no estructurales de bloques de arcilla, más rápidas de construir y más económicas que las rígidas propuestas por los japoneses, que además les permitieron seguir las tendencias del movimiento moderno europeo, que venían predominantemente de Francia y Alemania, y luego su posterior desarrollo en el este de EE.UU., a través del estilo internacional, que se extendió a otras ciudades que estaban en pleno crecimiento. Estas tendencias arquitectónicas fueron desarrolladas originalmente por profesionales que venían de zonas que no habían sido afectadas por sismos.
A mediados del siglo XX ya se habían comenzado a aplicar disposiciones para el diseño de edificios sismorresistentes en países ubicados en zonas sísmicamente activas y que estaban creciendo con los patrones arquitectónicos modernos. A principios de los años sesenta los edificios modernos de varias ciudades nuevas habían sido afectados. En Caracas, capital de Venezuela, debido a los ingresos petroleros, a partir de los años cincuenta se produjo un acelerado crecimiento en cuanto a edificios altos y modernos y se habían aplicado las técnicas constructivas para estructuras de concreto reforzado desarrolladas en EE.UU. y las tendencias de la arquitectura moderna en boga para ese momento en todo el mundo.
El sismo de Caracas de 1967, aun cuando el número de edificaciones que colapsaron fue reducido, produjo mucho daño estructural y no estructural y se convirtió en un importante laboratorio de prueba de los conceptos de ductilidad para el diseño y construcción de edificaciones sismorresistentes (ESR) de concreto reforzado que para ese momento se discutían en EE.UU. Asimismo fue de gran importancia desde el punto de vista urbano pues se puso de manifiesto la relación entre las características dinámicas del suelo local y el comportamiento de los edificios. En los innumerables informes técnicos emanados de los comités de expertos que evaluaron los daños producidos por dicho sismo, se insistió en la presencia de ciertas configuraciones arquitectónicas que se repetían en la mayoría de los edificios dañados, entre otros, el uso de plantas bajas libres, generando pisos flexibles.
R. Hanson y H. Degenkolb (1975. p. 309), comentan:
La mayoría de los departamentos altos tenían muchas divisiones de bloque hueco y muros exteriores del mismo material que actuaron como muros de cortante, al menos hasta que fallaron los bloques huecos. Sin embargo, la planta baja se usaba a menudo como área comercial o como estacionamiento de automóviles, de tal modo que los muros de bloque hueco no se prolongaban hasta el suelo. Esto concentró las fuerzas, la deformación y la absorción de energía en el primer piso, con el consecuente daño en ese punto. Existe una fuerte tendencia arquitectónica en todo el mundo a dejar la planta baja abierta, es decir, a colocar el edificio como si estuviera sobre “zancos”. Como señaló un ingeniero estructural: “A los arquitectos les gusta construir sus edificios sin medios visibles de apoyo”. No se puede enfatizar más el hecho de que los requerimientos sísmicos reglamentarios en uso no están basados en este tipo de distribución dinámica de rigidez, y se pueden esperar grandes problemas potenciales en estos edificios construidos con los mínimos requisitos reglamentarios en áreas sujetas a grandes sacudimientos sísmicos. Los daños en muchos edificios de Caracas son una gran advertencia sobre lo que podría suceder en la costa occidental de los Estados Unidos.
Todavía veintitrés años después de este sismo se recordaban estas “lecciones no aprendidas”. En el suplemento del Código Nacional de la Construcción de Canadá de 1990 se menciona (Canadá, 1990, p. 215):
Las fallas en algunos edificios en el sismo de Caracas del 29 de julio de 1967 fueron causadas por las paredes de bloques, las cuales actuaron como muros estructurales, cambiando así la rigidez de los pórticos que había sido asumida en el diseño original.
A principios de los años setenta del siglo XX, se había corroborado empíricamente que las edificaciones modernas, con formas que no cumplían con las condiciones básicas de regularidad antes mencionadas, eran propensas a mayores daños que las que eran regulares. Sin embargo, hasta entonces no se habían incluido en las normas los parámetros relacionados con este tema para el diseño y construcción de ESR. Se concluyó que esto se debía en gran parte a las dificultades para definir analíticamente en qué límites la edificación deja de ser regular, y para determinar por los métodos tradicionales el posible comportamiento que pudieran tener estas edificaciones ante las acciones de los sismos que podían afectarle durante su vida útil. En California, durante esa década se inició entre los investigadores, tanto arquitectos como ingenieros, el estudio sistemático de los efectos que podía generar la irregularidad de la configuración arquitectónica en el comportamiento sismorresistente de las edificaciones; un grupo de académicos y asociaciones de profesionales vinculados con el diseño de ESR, iniciaron una campaña para que se incluyeran en los reglamentos de diseño y construcción, los parámetros y los valores que identifican las configuraciones irregulares y para establecer métodos especiales para el análisis de aquellas que se reconocieran como tales.
El sismo de San Fernando, California, en 1971, aunque tuvo una magnitud moderada de 6,6 en la escala de Richter, produjo grandes pérdidas económicas y daños significativos en los edificios. La infraestructura hospitalaria fue severamente afectada. El edificio de tratamiento, consulta y hospitalización de uno de los grandes complejos hospitalarios, el Olive View en Sylmar, cerca de San Fernando, sufrió graves daños en los dos pisos bajos donde se produjo piso blando y piso débil y fue uno los causantes de la mayoría de las víctimas mortales. Este edificio se había terminado de construir en 1970 como modelo de edificio que cumplía con los preceptos estructurales de las normas sísmicas vigentes. En 1979 el sismo de Imperial Valley en California, produjo daños en el edificio de Servicios Administrativos del Imperial County, diseñado según los preceptos arquitectónicos del movimiento moderno y su estructura cumpliendo con los preceptos contenidos en las normas sísmicas más avanzadas para el momento, sufrió daños considerables antes de ser ocupado y tuvo que ser demolido debido a los efectos que se produjeron por una configuración arquitectónica inadecuada. En la sección Ejemplos de casos emblemáticos, se describen en detalle estos dos casos.
Con referencia a las influencias arquitectónicas del movimiento moderno en el comportamiento de los edificios en el sismo de El-Asnam, Argelia, y la presencia de plantas libres, en 1981, M. Wang, profesora de Arquitectura de la Universidad de California en Berkeley, en el artículo Dogma estilístico versus resistencia sísmica: La contribución de los preceptos modernistas a un desastre argelino (Wang, M. 1981), publicado en la revista del American Institute of Architects (AIA), expuso:
Casi todos los
arquitectos educados en el mundo occidental están familiarizados con los cinco
puntos de la nueva arquitectura, la cual Le Corbusier publicó en sus “Ouvres
Complètes”. (…) Mientras “los cinco puntos” han sido los causantes de acelerar
las palpitaciones de los corazones de muchas generaciones de arquitectos, para
los ingenieros y otros especialistas en edificaciones sismorresistentes tienen
más connotaciones siniestras, puesto que ellos identifican los pilotis como
“pisos blandos” los cuales han sido la causa principal de la falla de docenas
de edificios modernos en sismos que han ocurrido en todo el mundo. (...) En la
ciudad de El-Asnam, la cual había sido casi totalmente reconstruida tan sólo
hacía 20 años (después del sismo de 1954), el 80 por ciento de las estructuras
fue destruido [por el sismo de 1980]. Esta vez la mayoría eran edificaciones
modernas de concreto reforzado. (…) Un equipo de investigadores especialistas
en sismorresistencia de EE.UU. [del cual la autora de este artículo era miembro]
concluyeron: “El colapso de estos edificios no ocurrió debido a que no fueran
estructuras ingenieriles o porque se economizó en el uso de materiales
estructurales. El colapso ocurrió debido al hecho de que los edificios no
estaban diseñados ni desde el punto de vista arquitectónico ni ingenieril para
los efectos de los fuertes movimientos del suelo debido al sismo”.
V. Bertero et al., (1983, pp. 6-3) remarcan lo siguiente:
Estos estilos muestran una falta de preocupación sobre la importancia de la simetría en la distribución de la masa del edificio y de los elementos del sistema de resistencia sísmica, o del peligro de utilizar paredes de corte en los pisos superiores de la edificación que llegan sólo hasta el segundo nivel creando plantas bajas abiertas (piso blando o flexible). En muchos casos, la alternativa de una configuración basada sólo en el estilo arquitectónico produjo edificaciones con irregularidades en planta y en elevación; cambios repentinos en la distribución de la masa, rigidez, resistencia y ductilidad; torsiones excesivas; pisos blandos; o voladizos descabellados, de gran longitud.
El sismo de Michoacán, México, de 1985, dejó muchas lecciones y constituyó un hito en en cuanto al papel de los arquitectos y urbanistas en la vulnerabilidad de la ciudad en general y las edificaciones en particular. Se realizaron varios talleres para analizar las lecciones derivadas de dicho sismo, en los que participaron ingenieros, arquitectos, planificadores urbanos, geólogos, ingenieros geotécnicos y otros profesionales tanto de México como de EE.UU. Posteriormente en la edición de 1998 del Uniform Building Code (UBC 1988) norma sísmica de California que sirvió de base internacional para el desarrollo de las normas sísmicas de numerosos países, se introdujeron cambios significativos y por primera vez se incluyó la identificación del piso blando y el piso débil en la tabla de irregularidades en alzado para establecer el método especial de análisis que se debía aplicar en el diseño de la estructura. En los sismos de Loma Prieta en 1989 y Northridge en 1994, ambos en California, Kobe en Japón, 1995, y Chi-Chi en Taiwán, 1999, se volvió a poner en evidencia la relación entre el uso de la planta libre y los efectos en los edificios dañados. Los efectos de los sismos de los años 1980 y 1990 produjeron un cambio drástico, no sólo en las normas sísmicas, sino en el paradigma del diseño de ESR. Otra serie de sismos destructores han ocurrido desde principios del siglo XXI, que han afectado grandes zonas de ciudades contemporáneas y edificaciones modernas, que una vez más puso en evidencia la gran influencia que la decisiones arquitectónicas y urbanas tiene en la vulnerabilidad sísmica de las ciudades.
Con el fin de restringir aún más el uso del piso blando y del piso débil, en la más reciente generación de normas sísmicas de EE.UU., (NEHRP, ASCE 7, e International Building Code (IBC), se incorporaron dos nuevos tipos en la tabla de irregularidades en vertical. Como ejemplo el cuadro 12.3-2: Vertical Structural Irregularities en el ASCE/SEI 7-10, (p. 83) ilustra estos nuevos tipos: (1) rigidez - Piso blando extremo (Stiffness Irregularity - Extreme Soft Story), y (2) resistencia – Piso débil extremo (Lateral Strength - Extreme Soft Story). Estos criterios han servido como base para el desarrollo de los reglamentos o normas para el diseño de edificaciones sismorresistente de muchos países alrededor del mundo, en los que se han ido incorporando disposiciones relacionadas con las irregularidades en la configuración aquí tratadas.
2 Los conceptos estructurales que identifican a la planta libre como irregularidad en el comportamiento sísmico de los edificios
En
un edificio regular, si la masa es uniforme en la altura del edificio, las
fuerzas inducidas por un movimiento sísmico tienden a distribuirse mediante un
patrón uniforme y continuo. Las fuerzas inerciales (Fi) en los pisos superiores serán
mayores que en los inferiores debido a que la aceleración aumenta con la altura.
Cuando la estructura se ve sometida a las fuerzas horizontales se genera un
desplazamiento relativo, o deriva (D), entre la losa de un nivel y la del nivel inmediato; los
desplazamientos se manifiestan principalmente como fuerzas cortantes (Vi) que
se oponen a la fuerza cortante basal (Vs) y
como efectos de flexión o momentos
flectores (Mi). Como se ilustra en la figura 2, el cortante (Vi) en cada piso es igual a la suma de la fuerza
horizontal en ese piso más las fuerzas horizontales que actúan en los pisos
superiores.
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| Figura 2. Fuerzas laterales y cortantes generadas en el edificio debido al movimiento del terreno. |
El piso blando se refiere a la
existencia de un nivel o piso del edificio que presenta una rigidez
significativamente menor que el resto de los pisos del edificio; por ello se le
llama también piso flexible;
generalmente se debe a decisiones arquitectónicas en cuanto a la ubicación de paredes
no estructurales rígidas que se adosan a las columnas. Cuando existe una planta
libre y no se toma en cuenta en el análisis de la estructura esta diferencia de
rigidez entre ese piso y los pisos superiores, modifica el concepto estructural
original del edificio. En cambio, el piso
débil tiene que ver con la capacidad del edificio para resistir sin fallar
ante las acciones sísmicas debido a la diferencia entre la resistencia de los
componentes estructurales de un piso y la de los pisos superiores; generalmente
se debe a un diseño estructural inapropiado.
Cuando ocurre un sismo, si el edificio presenta una porción más flexible en un piso que en el resto de los pisos superiores, su deriva (D) será mayor y, por lo tanto, la mayoría de la energía de entrada será absorbida por esa porción más flexible y la restante será distribuida entre los pisos superiores más rígidos. Si el edificio presenta una planta libre, principalmente en alguno de los pisos inferiores, generalmente los componentes estructurales de ese piso se verán sometidos a grandes deformaciones. El comportamiento inelástico se concentra en la zona de la irregularidad. En la figura 3, se ilustra la diferencia entre la deformación lateral de un edificio con una distribución homogénea de la rigidez en altura (a) y uno con la planta baja libre (b).
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| Figura 3. Distribución del desplazamiento total generado por un sismo en: (a) un edificio regular; y (b) un edificio con planta baja libre. |
Si esta condición no se prevé en el diseño estructural desde el principio, se pueden producir daños irreparables tanto en los componentes estructurales como en los no estructurales de ese piso, pudiendo provocar el colapso local y, en algunos casos, hasta el colapso total del edificio. La planta libre puede estar presente en la PB o en un nivel intermedio.
Como se mencionó anteriormente, al inicio del siglo XXI, la mayoría de las normas sísmicas vigentes internacionalmente siguen los parámetros con relación a las irregularidades de los edificios que se establecieron inicialmente en EE.UU. en el Uniform Building Code de 1988 (UBC-88). Para identificar la presencia de las irregularidades estudiadas en esta ponencia a los efectos de establecer el método de análisis estructural y el valor de la fuerza cortante que se utilizará, se establece ASCE/SEI 7-10, (p. 83): (a) el piso blando está presente “Cuando la rigidez ante fuerzas horizontales de un piso es menor del 70 por ciento pero superior o igual al 60 por ciento de la rigidez del piso superior o menor del 80 por ciento pero superior o igual al 70 por ciento del promedio de la rigidez de los tres pisos superiores”; y (b) el piso débil está presente, “Cuando la resistencia del piso es menor del 80 por ciento de la del piso inmediatamente superior, entendiendo por resistencia del piso como la suma de las resistencias de todos los elementos que comparten el cortante del piso para la dirección considerada”.
Con el fin de restringir aún más el uso de estas configuraciones, a partir del NEHRP 1997 (BSSC, p. 60) se incorporó en la tabla de irregularidades en alzado un nuevo tipo, el piso blando extremo (Extreme Soft Story) y se prohibió su uso cerca de las fallas activas; se define así: “Cuando la rigidez ante fuerzas horizontales de un piso es menor del 60 por ciento de la rigidez del piso superior o menor del 70 por ciento del promedio de la rigidez de los tres pisos superiores.” Y, a partir del International Building Code 2006 (IBC-06) y del ASCE 7-05, en el capítulo 12 se incorporó el piso débil extremo (Extreme Weak Story) definido así: “Cuando la resistencia lateral del piso es menor que el 60 por ciento de la rigidez del piso inmediatamente superior, entendiendo la resistencia del piso como la suma de las resistencias de todos los elementos que comparten el cortante del piso para la dirección considerada”.
Las tan usadas plantas bajas libres son el ejemplo más común de formación de estas irregularidades; los apartamentos residenciales u oficinas se distribuyen en los pisos superiores, mientras en el piso más bajo se ubica los estacionamientos para los vehículos y/o las zonas sociales que requieren espacios amplios y libres, total o parcialmente, de tabiquería interior. Generalmente el piso blando está presente en los edificios residenciales modernos construidos con sistema estructural porticado donde la presencia en los pisos superiores de componentes rígidos no intencionalmente estructurales, como es el caso de las paredes de albañilería, adosados a los componentes estructurales flexibles y la ausencia de estas paredes en la PB modifica el comportamiento de los componentes estructurales en este piso, por lo que los pisos superiores conformarán un volumen superior de mayor rigidez y mayor masa y así prácticamente toda la deformación lateral se concentrará en la PB. El piso débil generalmente se produce cuando debido a la ausencia, desplazamiento o reducción de tamaño de los componentes de resistencia a las fuerzas laterales en un piso, se interrumpe el flujo de fuerzas hacia las fundaciones. El piso débil se puede generar como se ilustra en la figura 4, debido a: (a) la eliminación o debilitamiento de componentes de resistencia sísmica en la PB, como se muestra en los dos primeros casos; y (b) en los sistemas mixtos o duales de pórticos y muros estructurales, al interrumpir la continuidad de los muros en la PB, como se muestra en el tercer caso. Estos casos se pueden presentar en pisos intermedios también.
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| Figura 4. Casos de generación de piso débil en la planta baja de los edificios. |
En el caso de las plantas bajas libres con gran altura, las columnas son muy flexibles, no sólo debido a la total o parcial ausencia de componentes rígidos, sino como resultados de ser significativamente más alta con relación a las de los pisos superiores. Esta configuración arquitectónica es uno de los modelos característicos de los diseños modernos para oficinas, hoteles y hospitales, en los que no sólo se diseña los pisos de acceso al público, libres de muros, sino que generalmente este nivel, debido a su importancia, tiene mayor altura de entrepiso que la del resto de los pisos, en los que se ubican las oficinas o las habitaciones. Existen numerosos casos de edificios que presentan una combinación de estos dos tipos de irregularidad, piso blando y piso débil, lo que los hace particularmente vulnerables sísmicamente. Otro caso particular de los antes mencionados, muy común en edificios de oficinas de finales del siglo XX y con gran influencia del estilo post moderno, son aquellos en los que se impone la desconexión parcial o total entre componentes estructurales mediante la eliminación de algunos de ellos. Si los componentes estructurales no son capaces de resistir las deformaciones que se generan en estas plantas libres, se genera un piso débil. En la figura 5 (Guevara 2012, pp. 237-238.) se muestran los casos de PB de gran altura.
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| Figura 5. Esquema de edificio moderno con PB de gran altura; la entrada del Ministerio de Educación de Brasil en Río de Janeiro (Foto: Jose Luis Colmenares); esquema y foto de desconexión parcial o total entre componentes estructurales (Foto: Klaudia Laffaille). |
En la mayoría de los sismos de las ciudades contemporáneas se presentan casos de colapso por piso blando y piso débil en la PB. La figura 6 presenta tres ejemplos de daños severo reciente debido a este tipo de configuración.
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| Figura 6. Tres ejemplos recientes de daños severos atribuidos a los efectos de piso blando y piso débil: a la izquierda, L’Aquila, Italia, 2009 (Fotos: Holy Razzano, Degenkolb); al centro, Lorca, España, 2011, donde al principio los edificios no mostraban mayor daño, sin embargo todos los edificio de este complejo que tenían la configuración de planta libre, tuvieron que ser desocupados y demolidos; y a la derecha Chi-chi, Taiwan, 1999 (Foto: EERI) |
La acera cubierta, o pórtico, es una configuración de planta baja libre parcial que por disposiciones de la norma de zonificación urbana local se encuentra en avenidas y calles comerciales y se utiliza principalmente en edificios de usos mixtos: residencial en los pisos superiores, y comercial en el inferior. Estos edificios cubren con sus pisos superiores la acera de la calle donde están ubicados. Las aceras cubiertas pueden ser de uno y dos pisos; constituye una de las variaciones más comunes de irregularidad en la distribución de resistencia, rigidez y masa, que se incluye en la normativa en los centros urbanos de las ciudades contemporáneas como herencia de la ciudad medieval. Generalmente presentan estas PB una altura mayor para poder alojar mezanines que se utilizan como depósito de los comercios con ventanales y escaparates hacia la acera cubierta para mostrar la mercancía; a menudo se utilizan unas columnas con una gran esbeltez y se dejan espacios vacíos, lo cual genera una distribución irregular de la masa reactiva, la resistencia y la rigidez.
La planta libre también puede presentarse en pisos intermedios. Es una configuración típica de los programas oficiales de edificios de vivienda masiva que siguieron los patrones de la gran obra urbano-arquitectónica de LC, la Unidad Habitacional de Marsella (1947-1952). El concepto que predominó en el diseño de este tipo de edificio aislado fue la autosuficiencia, pues se incluían además de las funciones de residencia, los servicios comunales, tales como, biblioteca, escuela maternal, cine club, áreas para actividades recreativas, comercios y otros; algunos de ellos requerían de espacios amplios libres para lo cual se dejaba un piso completo o una gran sección de un piso, libre de paredes. En la figura 7 se señala en un corte y en una fachada, el piso libre de paredes para las actividades comunales en dicho edificio.
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| Figura 7. Corte y fachada de la Unidad Habitacional de Marsella de LC. |
La figuras 8 ilustra primero dos ejemplos de edificios construidos en 1952 en Argelia que siguen el estilo moderno impuesto por las ordenanzas de los franceses antes del sismo de 1980 y que en Bertero et al., (1983, pp. 1-19 y 1-20), se identifican como vulnerables. A la derecha una perspectiva y una sección del edificio Cerro Grande en Caracas, diseñado y construido durante la década de 1950 por el Banco Obrero (hoy día INAVI) de Venezuela, (Venezuela, 1952, p. 135). Se puede apreciar cómo la distribución de las paredes no estructurales es irregular en alzado, pues se dejan libres la PB y un piso intermedio, el cual se diseñó originalmente para actividades comunales, siguiendo los postulados establecidos en la Unidad Habitacional de Marsella. La figura 1 muestra una isometría de la estructura en donde se ve que en donde existe planta libre no se tomaron medidas estructurales especiales para rigidizar en el sentido transversal, generando un piso blando en ambos niveles.
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| Figura 8. Dos ejemplos de edificios construidos en Argelia y fachada y corte del edificio Cerro Grande en Caracas, que siguen los patrones de la Unidad Habitacional de Marsella. |
3 Las normas urbanas que estimulan el uso de las irregularidades piso blando y piso débil
El uso internacional de la planta libre como configuración arquitectónica en gran parte fue estimulado desde mediados del siglo XX, por las disposiciones incluidas en la normativa de zonificación urbana aún vigentes en numerosas ciudades del mundo, que no sólo recomiendan sino que en algunos casos hasta obligan a incorporar la planta libre en los pisos inferiores de los edificios, tanto para estacionamiento de vehículos como para actividades comunales. Como ejemplo de esta práctica, se incluyen referencias de algunos de los artículos revisados, que están contenidos en la normativa de zonificación urbana de Caracas, de Buenos Aires y de algunas ciudades de Puerto Rico, los cuales promueven el uso de plantas libres en la PB del edificio como regalía al constructor estimulando la práctica común de proyectar edificios con dicha planta sin cerramientos o sólo con los necesarios para delimitar el estacionamiento de vehículos, salas de fiesta u otros espacios de uso comunitario. Esta disposición como regalía al constructor, proyectista o desarrollista, aparece en casi toda la normativa urbana vigente en las ciudades contemporáneas. La Ordenanza de zonificación del Municipio Chacao, en Caracas (Venezuela, 1998), dice en el artículo 95 sobre estacionamiento de vehículos:
En la zona
R-8 se requerirá dentro del área de la parcela un (1) espacio para estacionar
vehículos por cada unidad de vivienda. Si la vivienda multifamiliar se
construye sobre pilotes de una altura no mayor de dos (2) metros y veinte (20)
centímetros, la planta baja podrá usarse como área de estacionamiento y dicha
área no se computará dentro del área máxima de construcción, siempre y cuando
no tenga acceso directo por la fachada principal."
También en otros ejemplos como: (a) El Reglamento de Planificación Núm. 4 de Puerto Rico (1992.) en la Sección 84.00: Disposiciones generales, diseño y provisión de espacio para el estacionamiento de vehículos; y (b) en el apartado 4.2.7.4: Edificación con planta baja libre del Código de Planeamiento Urbano de Buenos Aires (Argentina, 2002, Buenos Aires. 2002, p. 6). También en edificios de usos mixtos, comercios y residencias, ubicadas en corredores viales importantes, generalmente la normativa de zonificación obliga a incorporar en los niveles inferiores, entrepisos con alturas mayores que las de los entrepisos superiores, muchas veces sin particiones internas para permitir así la distribución libre de locales comerciales en los pisos bajos del edificio y la construcción posterior de mezanines, las cuales son generalmente utilizadas como áreas de depósitos de los comercios. Como por ejemplo, la Ordenanza Modificatoria de la Ordenanza sobre Zonificación del Municipio Libertador (Venezuela, 1989), con referencia a las avenidas Este 6 y Este 8 de Caracas, indican: “1. La altura de las dos (2) primeras plantas será obligatoriamente de siete con cincuenta (7.50) metros.” Si no se establecen en la normativa urbana controles descriptivos y restrictivos en cuanto a la construcción de mezanines, también puede inducir a la formación de columnas cautivas por el adosamiento de la nueva estructura de la mezanine a las columnas existentes originalmente.
4 Ejemplos emblemáticos
De la gran colección de edificios que han
sufrido daños debido a los efectos de los sismos, continuación se describen
algunos ejemplos emblemáticos de los años sesenta y setenta cuyos daños ante
sismos se identificaron como causados por la presencia de piso blando y/o piso débil y originaron que se comenzara a
tomar en cuenta la influencia de estas configuraciones en el comportamiento
sísmico de los edificios.
El edificio Palace Corvin en el sismo de Caracas,
Venezuela, en 1967. Un ejemplo muy conocido internacionalmente de edificio en el que se
puso en evidencia la condición desfavorable de piso blando en la PB. Este
edifico tenía una planta arquitectónica en forma de H estaba. Los dos cuerpos
principales alojaban apartamentos residenciales y en el medio se unían por el
bloque de circulación vertical. En el cuerpo ubicado al este, se dejó la PB
libre para estacionamiento, mientras en el del oeste se ubicaron apartamentos,
de la misma forma en que se hizo en las plantas superiores. Sozen, M.A., et al, (1968,
p. 39) indican:
La porción del edificio correspondiente al lado este, colapsó
completamente mientras la parte del lado oeste sobrevivió el sismo sin daño
estructural. (...) Las razones detrás de este significativo comportamiento
divergente de las dos porciones del edificio pueden estar contenidas en los
dibujos arquitectónicos que muestran el diseño de la planta baja. Las paredes
interiores y las exteriores hechas de bloques huecos de arcilla, fueron
interrumpidas en la planta baja de la porción del lado este del edificio para
dejar espacio para el estacionamiento.
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| Figura 9. Planos de arquitectura del Palace Corvin y la foto que muestra el cuerpo oeste que sobrevivió sin colapsar pero que fue demolido y en primer plano el cuerpo que colapsó (Foto: V. Bertero). |
Se incluyen en la figura 9, las plantas de arquitectura de la PB y de la planta tipo y un corte del edificio donde se muestra la PB libre en el ala este y en la figura 2 una foto donde se muestra al fondo el ala oeste que sobrevivió el sismo sin colapsar pero que debió ser demolida.
El edificio principal del hotel Macuto Sheraton en el Litoral Central de Venezuela en el sismo de Caracas, Venezuela, en 1967. Las ilustran este ejemplo. La figura 10 muestra dos fotos de Bertero (1997, slides 69 y 70): una panorámica del edificio de 10 pisos, con sistema porticado de concreto reforzado y muros de carga en la dirección transversal (corta) desde el piso 4 al 8, y la falla significativa de las columnas de diámetro 1,10 m. las cuales fallaron significativamente en el nivel de entrada (piso 3) donde se interrumpió la continuidad vertical de los muros estructurales.
La figura 10 muestra un detalle de los pisos 2 y 3 y, sobre éste, el piso sanitario. A la derecha, un corte de la estructura refleja el sistema estructural de muros estructurales en los pisos superiores y de pórticos con columnas de 1,10 metros de diámetro en los inferiores. En los pisos superiores se produjeron daños en las paredes no estructurales exteriores de ladrillos.
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| Figura 10. Panorámica, foto de las columnas dañadas del nivel de entrada (piso 3) y un corte del hotel Macuto Sheraton (Fotos: V. Bertero) |
El edificio principal del hospital Olive View en Sylmar en el sismo de San Fernando, constaba de cuatro cuerpos que se unían alrededor de un patio. Cada cuerpo tenía seis pisos y un altillo. El sistema estructural del semisótano y PB tenían sólo pórticos de concreto reforzado, mientras que los cuatro pisos superiores era una combinación de pórticos y muros estructurales de concreto reforzado. La losa de piso consistía principalmente de un sistema de losa plana. La forma y el refuerzo de las columnas variaban de un piso a otro. Según Bertero (1979, pp. 115-116), “la combinación de discontinuidades en rigidez, resistencia y ductilidad y el uso de masas innecesarias jugaron un papel importante en el comportamiento del edificio durante el sismo de San Fernando de febrero de 1971. (...) Las deformaciones permanentes de los dos primeros pisos fueron tan grandes (hasta 30 pulgadas de desplazamiento relativo entre la PB y el primer piso) que el daño estructural y no estructural sobrepasaba las posibilidades económicas para una reparación”. “Esta gran deriva, que causó daños no estructurales y estructurales, lo cual condujo a la demolición del edificio, fue una consecuencia de la formación de un piso blando en la PB debido a la existencia de paredes de concreto reforzado en los pisos superiores” (Bertero, V., 1997, texto en el slide J72). En la figura 11, se muestra la planta estructural tipo del nivel de entrada (PB) y del semisótano y la planta tipo de los cuatro pisos superiores, y el esquema de los daños generales que se produjeron en el edificio y la deformación en algunas columnas de la PB como consecuencia de la formación del piso blando y piso débil.
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| Figura 11. Plantas estructurales y esquema de daños del edificio debido a la formación de piso débil y piso blando. |
El edificio Imperial County Services Building en el sismo del Imperial Valley, California, de 1979. Constaba de seis pisos y un altillo como se muestra en la figura 12. La resistencia lateral de este edificio estaba provista por un sistema porticado en la dirección longitudinal (E-O) y muros estructurales en la dirección transversal (N-S). Los muros estructurales en los cinco pisos superiores se ubicaron en las fachadas este y oeste, pero en PB se retrajeron hacia el interior y se disminuyó su longitud para dar la sensación de PB libre y seguir los preceptos arquitectónicos de LC. Además, los componentes rígidos y pesados del muro cortina en las fachadas norte y sur de los pisos superiores fueron también eliminados en PB generando un piso blando. Comenta Bertero (1997, texto en los slides J76 y J77): “Esta condición, unida a la discontinuidad de los muros estructurales en sus extremos, impuesta por la configuración arquitectónica deseada, produjo daños severos en las columnas de la PB, particularmente en aquéllas ubicadas en el extremo este”.
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| Figura 12. Planos estructurales y perspectiva del edificio Imperial County Services Building y esquina sureste donde se produjeron los mayores daños. |
Arnold y Reitherman, (1987, p. 124) explican:
(…) este edificio sufrió fallas estructurales graves, lo cual resultó en
la fractura y acortamiento de las columnas -por compresión- en el extremo
oriental del edificio. Esta falla se atribuye a la discontinuidad del muro
estructural en este extremo del edificio. Como consecuencia el edificio
completo fue demolido.
La diferencia arquitectónica entre los extremos oriental y occidental,
puso en evidencia que la falla se originó en la configuración. La diferencia en
la ubicación de los muros estructurales en la PB fue suficiente para crear una
mayor diferencia en la respuesta a las fuerzas rotacionales o de vuelco de los
grandes muros de los extremos. [Ver Arnold, Reitherman y Bertero en figura 13]
Un factor importante que resalta Bertero (2006), es el diseño de las columnas en la PB. Como se ilustra en la figura 13 la parte inferior de la columna se redujo la sección produciendo un entrante, surco, o retroceso alrededor, con el consecuente desvío del acero vertical para no interferir con dicho retroceso; así se redujo la rigidez en esta sección. Además, el confinamiento fue colocado en los extremos inferior de la columna y parte de éste quedó sepultado en el terreno; En la figura 14 se observan los daños producidos en las columnas por compresión y corte.
5 Observaciones finales
La planta libre es una configuración que no va a ser fácil de erradicar del repertorio arquitectónico. Esta configuración le proporciona al diseñador una serie de ventajas funcionales y estéticas y por eso se estimula su uso en los estudios de arquitectura y urbanismo. Pero ha sido reconocida por los especialistas en diseño de edificios sismorresistentes que esta configuración arquitectónica conduce a la formación de las irregularidades piso blando y piso débil, y cuando no se tratan apropiadamente cuando ocurre un sismo pueden producirse daños severos y hasta el colapso de los edificios.
Arnold y Reitherman (1982 p. 120) explican: Cuando los muros estructurales son los principales elementos resistentes
a fuerzas horizontales pueden verse sometidos a soportar cargas muy grandes. Si
estos muros no se alinean en el mismo plano de un piso a otro, las fuerzas
creadas por estas cargas no puede fluir directamente desde el techo a los
cimientos a través de los muros y el consiguiente flujo de fuerza indirecto
puede resultar en serias sobrecargas en los puntos de discontinuidad. A menudo
la condición de muro estructural discontinuo representa un caso especial, pero
común, del problema de piso débil. Los requerimientos programáticos que exigen
dejar una planta baja libre, resultan en la eliminación del muro estructural en
ese piso y su substitución por un pórtico. Se debe enfatizar en que la
discontinuidad del muro estructural es una contradicción de diseño fundamental:
El propósito del muro estructural es recoger las cargas del diafragma en cada
piso y transmitirlas a la fundación, tan directa y eficientemente como sea
posible. Interrumpir este flujo de fuerzas es un error fundamental.
Interrumpirlo en su base, es un pecado cardinal. Por lo tanto, el muro estructural
discontinuo que se interrumpe antes de llegar a la PB representa “el peor caso”
de la condición de piso débil.
Existen fuertes discrepancias entre las disposiciones de las normas de zonificación urbana (NZU) y las normas sísmicas en cuanto al uso de la planta libre y las causas que originaron la diseminación internacional de los conceptos arquitectónicos y urbanísticos que generan la vulnerabilidad en ciudades contemporáneas ubicadas en zonas sísmicas. Desde 1988 la mayoría de las normas sísmicas en todo el mundo, han ido incluyendo sanciones para el diseño y análisis de los edificios que presentan este tipo de irregularidad, que se traduce en el aumento de la fuerza de diseño, y desde principios del siglo XXI se aumentaron las sanciones para algunos casos. Mientras tanto la normativa urbana de la mayoría de las ciudades contemporáneas en zonas sísmicas, generalmente realizada por arquitectos y urbanistas y aprobada por las autoridades locales, sigue incluyendo estímulos y en algunos casos la imposición en el uso de dichas configuraciones arquitectónicas sin ningún tipo de prescripción o restricción estructural y sin darse cuenta de la relación que existe entre la planta libre y las irregularidades de los tipos piso blando y piso débil. Como ejemplo de esta práctica, muchos párrafos de la NZU de diferentes ciudades modernas promueven el uso de la PB libre como una regalía para el constructor cuando proyecta edificios sin paredes o con las mínimas necesarias (Ver Guevara, Pérez, 2012, pp. 241-242).
También en edificios de usos mixtos (comercios y residencias) ubicados en los corredores viales principales, la UZR por lo general obliga a que los edificios de uso mixto tengan un primer piso para las tiendas o actividades públicas que es más alto que los pisos superiores, a menudo sin divisiones internas, lo que permite la distribución libre de tiendas y otros espacios en la PB. Otra configuración en UZR es el uso de aceras cubiertas, con plantas total o parcialmente libres, de altura simple o doble. La experiencia, el manejo de conceptos, la idoneidad y el buen juicio tanto de los ingenieros como de los arquitectos y urbanistas es indispensable para dar una responsable y adecuada interpretación a las disposiciones contenidas en las normas sísmicas vigentes tanto para su aplicación en el diseño de edificios tipificables, como su adaptación a los casos especiales. Esto es condición necesaria pero no suficiente.
Al mismo tiempo las autoridades locales deben
velar por el cumplimiento de dichas normas con un enfoque sistémico de la
ciudad simultáneamente con poner especial atención a los detalles constructivos
y producir los instrumentos oficiales complementarios que deben ser incluidos
en la normativa urbana. Ésta es una responsabilidad para la que no existe
ninguna formación ni de funcionarios públicos ni de autoridades locales que,
por lo general, son elegidas democráticamente y duran períodos relativamente
cortos. Estas dificultades se constatan al observar que el control en la
aplicación de las disposiciones para el diseño y construcción de edificios,
factor de gran importancia en la reducción de la vulnerabilidad sísmica de la
ciudad, aun en los países donde son obligatorias, es atribución de oficinas
locales entre cuyo personal no existen profesionales ni cursos ad hoc en la reducción del riesgo
sísmico en los tres niveles de intervención urbana.
6
Recomendaciones
Si en las ciudades contemporáneas en zonas sísmicas es inevitable el
extendido uso de la configuración arquitectónica de PB libre, se recomienda que
se incluyan disposiciones especiales en las normas de zonificación urbana (NZU)
y la obligatoriedad de tomar medidas para evitar a toda costa la formación del
piso blando y del piso débil en el diseño de nuevos edificios y la eliminación
de estas irregularidades en los edificios existentes. Por ello es necesario
prohibir el uso de esta configuración o incluir prescripciones o restricciones
para los diseñadores tanto arquitectónicos como estructurales en dicha
normativa, que permitan reducir la vulnerabilidad sísmica de los edificios en
las zonas que han identificado como peligrosas, como ya se ha hecho en algunas
ciudades de California tales como Alameda, Berkeley, Fremont y Oakland (Ver http://enginious-structures.com/pages/softstory.html). Hoy día hay disponibles muchos
estudios analíticos sobre la identificación de la condición de piso blando y
piso débil y cómo tratarla, pero hay pocos que involucren en este tema las
decisiones arquitectónicas y urbanas. A continuación se presenta un resumen de
algunas soluciones que Guevara y Paparoni propusieron en 1996 y que aún siguen
vigentes:
Cuando se presenta la condición de planta baja libre:
(a) Usar núcleos
de ascensores y escaleras a toda lo alto del edificio y ubicarlos
simétricamente, que sean suficientemente resistentes y rígidos para que sean
capaces de tomar la casi totalidad del cortante basal, dejando las columnas de
planta baja prácticamente sólo con solicitaciones axiales importantes y
momentos y cortantes bajos;
(b) Usar diagonales para rigidizar la PB, lo cual
requiere de un diseño muy cuidadoso y completo;
(c) Diseñar el primer piso para
fuerzas mucho mayores que las de diseño y para desplazamientos mucho menores
que los del resto de la estructura, manteniendo la características
estructurales de los edificios puramente porticados;
(d) Distribuir las
"blanduras" entre varios pisos a través de cambios graduales de la rigidez.
Estas soluciones deben siempre iterarse, utilizando análisis dinámicos
sucesivos y verificaciones no lineales, ambas realizables con relativa
facilidad con los programas modernos de computación.
(e) Para los edificios en
los que en los primeros pisos no sólo existe un piso blando sino que en algunos
pórticos de fachadas se utilizaron alturas dobles o se discontinuaron las vigas
de un pórtico a otro para crear espacios vacíos de varias alturas en los
pórticos de fachada, o por ejemplo suprimiendo vigas de fachada para crear
escalonamientos interiores, o rompiendo las conectividades esquineras entre
fachadas mutuamente perpendiculares, impidiendo su acción conjunta como
pórticos espaciales, se requiere de al menos un 60% de pórticos regulares para
lograr un comportamiento satisfactorio para movimientos de traslación
solamente. La torsión sísmica podría obligar a usar porcentajes de regularidad
sustancialmente mayores.
Otra solución es la de hacer fachadas no estructurales, conectadas
"blandamente", es decir, con una unión flexible, con la estructura
regular interior. Los escalonamientos interiores por supresión de vigas son
particularmente peligrosos, pues concentran cortantes en las columnas más
cortas del escalonamiento, por lo que se recomienda no usarlos. Se concluyó que
en estructuras totalmente porticadas (sin núcleos colaborantes), si se logra
mantener tan constante como sea posible el siguiente cociente entre pisos
sucesivos, los efectos de las irregularidades se minimizan:
Suma del total de
las rigideces seccionales de las columnas de un piso/ rigidez total a cortante
de ese piso. Todas las afirmaciones anteriores pueden ser consideradas como
confiables siempre y cuando las paredes de los pisos superiores puedan
considerarse, como "muy débiles" y "poco rígidas". En
edificios de oficinas, las tabiquerías que se utilizan generalmente cumplen
con estas condiciones. Pero en el caso de las tabiquerías de mampostería,
debido al empleo de bloques de arcilla con un porcentaje de agujeros de
aligeramiento cercano al 80%, porcentaje que surgió por considerarse
inicialmente que no tendrían funciones portantes, se puede hablar de paredes
"débiles" pero no de paredes "blandas".(…) Una influencia
que en muchos casos se ignora es el gran incremento en los esfuerzos flectores
y axiales de las columnas del nivel de fundación, debido a los efectos
torsionales. Además de las influencias dinámicas, el simple hecho de considerar
como empotradas las columnas del primer piso o PB (nivel de arranque), como si
las fundaciones fueran rígidas, induce a una concentración de esfuerzos en esa
zona.
La torsión sísmica induce también el alabeo vertical de los pisos de la
estructura, debido al peculiar comportamiento de la mayoría de los esquemas de
pórticos que utilizamos en la práctica, por ello se producen efectos que se
suman al de la desaparición de las tabiquerías, esto se puede observar con
claridad si usamos pórticos espaciales con pisos diafragmados y si, además
hacemos un análisis no lineal de Push-Over
(método del empujón) sobre la estructura y observamos donde aparecen las
primeras articulaciones plásticas. Estos comentarios quieren llamar la atención
sobre la coexistencia de dos efectos indeseables que se manifiestan en el mismo
lugar, haciendo aún más difícil el tratamiento del caso del "piso
blando" o del "piso fuerte". Estos efectos adquieren importancia
al desconectar entre sí las fachadas perpendiculares o al alterar las
conectividades (supresión de vigas) en las plantas inferiores, por razones puramente
arquitectónicas. Quizá la única recomendación práctica que se puede hacer es la
necesidad de complementar los pórticos de fachada debilitados con pórticos
interiores con rigidez y resistencia suficientes. (…).
No se puede entrar en
demasiados detalles en esta problemática, pero se quiere llamar la atención de
que la imposición, expresa o tácita, de las plantas bajas libres por parte de
las normas de urbanismo, es en sí misma, una invitación a caer en el problema
que tratamos, si no van acompañadas de recomendaciones o acciones específicas,
o limitaciones, por parte de las normas de diseño sismorresistente. Como estas
últimas no están dirigidas específicamente a los arquitectos, es necesario que
en las normas de urbanismo se haga mención de la problemática que enfrentamos,
haciéndolo de forma explícita, para tenerlo en cuenta desde el inicio de los
proyectos.
Para los edificios existentes Bertero (1997, texto en el slide J80) recomienda:
Existen muchos edificios construidos en regiones de alto riesgo sísmico que, debido a sus sistemas estructurales y/o a la interacción con los componentes no estructurales, tienen piso blando con una resistencia a corte o con una ductilidad (capacidad de absorción de energía) inadecuadas, si se viesen sometidas a las vibraciones del terreno producidas por un sismo severo. De allí la necesidad de reforzarlos. Generalmente la forma más económica para reforzar estos edificios es agregándoles muros estructurales apropiados o diagonales en los pisos blandos.
En 2010 el Alcalde de San Francisco, California, Gavin Newsom estableció disposiciones sísmicas para la adecuación de edificios con piso blando (Ver informe ATC-52-3 en: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:wBcQ8hrmABoJ:www.sfcapss.org/PDFs/CAPSS_522.pdf+&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=ve y en http://www.spur.org/book/export/html/1955). A continuación se ilustran algunos métodos que se han utilizado para la adecuación estructural de edificios en los que existe piso blando en dicha ciudad. En la figura 15, a la izquierda Bertero (1997, slide J80) muestra como dos de los pórticos de un edificio que presenta una acera cubierta de doble altura se rigidizaron con diagonales de acero; a la derecha, se muestra la PB del antiguo edificio Alcoa al que se le hizo recientemente una adecuación estructural.
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| Figura 15. A la izquierda, edificio en San Francisco (foto: V. Bertero); a la derecha, antiguo edificio Alcoa. |
7 Referencias
American Society of Civil Engineers (ASCE). 2010. Minimum design loads for buildings and other structures: ASCE Standard ASCE/SEI 7-10. Reston, Virginia.
Argentina, Poder Ejecutivo de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires. 2002. Código de Planeamiento Urbano. Edición Actualizada al: 31 de diciembre de 2002, Buenos Aires.
Arnold, Ch. y Reitherman, R. 1987. Configuración y diseño sísmico de edificios, Edit. Limusa, México.
Bertero, V.V. 2006. Comunicación personal de abril 2006.
Bertero, V.V. 1997. “Distribution of Mass, Stiffness & Strength”, Structural Engineering Slide Library, W. G. Godden, Editor. Set J: Earthquake Engineering, V. Bertero. NISEE, U.C. Berkeley, en http://nisee.berkeley.edu/bertero/html/uniform_distribution_of_mass_stiffness_strength_and_ductility.html.
Bertero, V.V. et al. 1983. El-Asnam, Algeria Earthquake of October 10, 1980: A Reconnaissance and Engineering Report, Committee on Natural Disasters, Commission on Engineering and Technical Systems, NRC-EERI, National Academy Press Washington D.C.
Bertero, V.V. 1979. "Seismic Performance of Reinforced Concrete Structures", ponencia presentada en las Sesiones Científicas 'Doctor Abel Sánchez Díaz' sobre Ingeniería Sismorresistente, Nov., 1978, publicado en los Anal Acad. Ci. Ex. Fis. Nat., Buenos Aires, Tomo 31, Buenos Aires.
Building Seismic Safety Council - BSSC. 2000, NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures. Part 1: Provisions (FEMA 368).
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Freeman, J.R. 1932. Earthquake Damage and Earthquake Insurance, McGraw-Hill, New York.
Guevara Pérez, T. 2012, Configuraciones urbanas contemporáneas en zonas sísmicas, Fondo Editorial Sidetur and Ediciones FAU-UCV, Caracas.
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Guevara, L.T. 1989. Architectural Considerations in the Design of Earthquake-Resistant Buildings: Influence of Floor-Plan Shape on the Response of Medium-Rise Housing to Earthquake. Ph.D. Dissertation, CED, University of California, Berkeley.
Guevara, L. T. y M. Paparoni 1996. Soft First Stories Treatment in the Municipal Ordinances of a Hazardous Sector of Caracas, Paper No. 1065. Proceedings 11WCEE. Elsevier Science Ltd.
Hanson, R. y H. Degenkolb. 1975. “The Venezuela Earthquake, July 29 1967”, en Earthquakes, Amercian Iron and Steel Institute, Washington, D.C..
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Sozen, M.A., et al. 1968. Engineering Report on the Caracas Earthquake of 29 July 1967. National Academy of Sciences. Washington, D.C.
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Venezuela, Concejo Municipal del Municipio Chacao del Estado Miranda. 1998. “Ordenanza de reforma parcial a la ordenanza de zonificación del Municipio Sucre, Número Extraordinario 382-10/92, en jurisdicción del Municipio Chacao” en Gaceta Municipal del Municipio Chacao, Número Extraordinario: 2272, Artículo 95, Caracas.
Venezuela, Consejo Municipal del Distrito Federal. 1989. La Ordenanza Modificatoria de la Ordenanza sobre zonificación del Municipio Libertador, Gaceta Municipal del Distrito Federal, No. Extra 851-A. Caracas.
1 comentario:
Gran artículo Antonio y Teresa, bien explicado incluso para ignorantes en la materia como yo. Razonamientos técnicos contrarios a los que en los medios han divulgado estos días, supongo que con el afán de mantener a los ciudadanos tranquilos en esta situación. De nuevo aplausos a vuestra divulgacion
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