Presentado en las XXX jornadas de investigación del IDEC
L. Teresa
Guevara Pérez
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.
 |
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.
 |
| 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).
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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.
 |
| 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”.
 |
| 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.
 |
| 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).
Canadá, 1990. Supplement to the Nacional Building Code of Canada, National Research Council of Canada, Otawa.
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.
Guevara Pérez, T. 2009. Arquitectura moderna en zonas sísmicas, Editorial Gustavo Gili, Barcelona, España,
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..
Puerto Rico. 1992. Reglamento de zonificación de Puerto Rico (Reglamento de Planificación Núm. 4), Resolución Núm. RP-4-15-92, párrafo 7 de la Sección 84.00, Santurce, Puerto Rico.
Sozen, M.A., et al. 1968. Engineering Report on the Caracas Earthquake of 29 July 1967. National Academy of Sciences. Washington, D.C.
Wang, M. 1981 “Stylistic Dogma vs. Seismic Resistance: The Contribution of Modernist Tenets to an Algerian Disaster” en AIA Journal, November 1981, pp. 59-63, AIA. Washington, D.C.
Venezuela, Banco Obrero, 1952.Vivienda popular en Venezuela, 1928-1952. Ministerio de Obras Públicas. Caracas.
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.
_-_Terremoto_di_Messina,_1908.jpg)
+15.43.27.png){kind=small}
