Configurac sismorresistente

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CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL
SISMORRESISTENTE
10.1 INTRODUCCIÓN
Las reglas para el diseño sismorresistente se basan necesariamente en la experien-
cia sobre lo ocurrido con edificaciones que han experimentado sismos severos. Por
consiguiente es indispensable revisar previamente los criterios, generalmente
aceptados, que guían este diseño así como las limitaciones de la práctica actual.
Cualquier grupo de recomendaciones está limitado a servir de orientación general y
pueden ser modificadas a base de las características específicas de cada edificación.
10.2 REGLAS DE BUENA PRÁCTICA
La Norma Peruana de Diseño Sismorresistente (1)1
en su Cap 3, Art 9 Concepción
Estructural Sismorresistente dice lo siguiente:
“El comportamiento sísmico de las edificaciones mejora cuando se observan las
siguientes condiciones:
a) Simetría, tanto en la distribución de masas como en las rigideces.
b) Peso mínimo, especialmente en los pisos altos.
c) Selección y uso adecuado de los materiales de construcción.
d) Resistencia adecuada.
1
Los números entre paréntesis señalan las referencias listadas al final del texto
principal

2 CAP 10 CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL SISMORRESISTENTE
INGENIERÍA SISMORRESISTENTE
e) Continuidad en la estructura, tanto en planta como en elevación.
f) Ductilidad.
g) Deformación limitada.
h) Inclusión de líneas sucesivas de resistencia.
i) Consideración de las condiciones locales.
j) Buena práctica constructiva e inspección estructural rigurosa.
Poco se puede agregar a estas condiciones que la experiencia ha confirmado
como muy importantes en el buen comportamiento sismorresistente; así como
también se ha observado que las fallas siempre están relacionadas con haberse
alejado de alguna o de varias de ellas. Estas constituyen un excelente resumen de
las reglas de buena práctica hoy en día.
En su artículo publicado posteriormente al sismo de Lima de 1940, posiblemen-
te el más fuerte de este siglo según decir de muchos expertos, el Dr. Ricardo
Valencia afirmaba (11): "Si bien desde un punto de vista técnico este fenómeno no
ha aportado nuevas enseñanzas, ha servido: ... para recalcar el acierto de las
recomendaciones que comúnmente se adoptan, en regiones sísmicas1
para
contrarrestar el efecto de las sacudidas terrestres". Esta conclusión de hace más
de 55 años continúa vigente y no hace sino confirmar el viejo adagio castellano:
"Nadie experimenta en cabeza ajena". Es nuestra responsabilidad y de toda la
comunidad técnica en esta área tratar de asimilar y difundir la lección.
10.3 PRINCIPIOS DEL DISEÑO SISMORRESISTENTE
Los criterios de diseño sismorresistente que usualmente van desarrollados en las
normas de diseño están orientados a seguir una filosofía de diseño. Esta define
cual es el comportamiento deseado. La gran mayoría de normas del mundo (2,3)
coincide en que los objetivos generales de la construcción sismorresistente deben
seguir los siguientes principios:
1. Prevenir daños no estructurales para temblores o terremotos pequeños, que
pueden ocurrir frecuentemente durante la vida útil (de servicio) de una es-
tructura
2. Prevenir daños estructurales y hacer que los no estructurales sean mínimos,
para terremotos moderados que pueden ocurrir de vez en cuando. (Usual-
mente se señala expresamente que la estructura sufrirá varios de éstos)
3. Evitar el colapso o daños graves en terremotos intensos y larga duración que
pueden ocurrir raras veces. (Usualmente uno durante la vida útil de la es-
tructura).
1
El subrayado es de este autor
SECC 10.4: PROBLEMAS ACTUALES DE LA INGENIERÍA SISMORRESISTENTE 3
Dr. JAVIER PIQUÉ DEL POZO
A base de la experiencia de los últimos años, en que se ha podido registrar con
mayor extensión los movimientos sísmicos, se ha observado que tanto las acelera-
ciones como las deformaciones que se pueden desarrollar durante un sismo severo,
e incluso moderado, son muy altas. Además de las incertidumbres en la determina-
ción de las solicitaciones y capacidades de la estructura. Lo anterior implica que la
filosofía ideal del diseño debería intentar alcanzar todos los objetivos mencionados
anteriormente proporcionando todas las necesidades de rigidez, resistencia y
capacidad de disipación de energía que puedan obtenerse con la mínima inversión
inicial y el menor sacrificio posible de las características arquitectónicas, compa-
rando con un edificio diseñado únicamente para resistir cargas de gravedad.
Bertero afirma (4): "La filosofía general está en total acuerdo con el concepto
de diseño integral. Sin embargo, las metodologías de diseño, según los códigos
actuales, no alcanzan a realizar las metas y objetivos de esta filosofía". Este es
una afirmación crucial y alarmante que señala el derrotero de la evolución que
habrá de experimentar la ingeniería sismorresistente en los años siguientes.
Aunque el comentario del código de la SEAOC (3) establece que las estructuras
diseñadas según sus especificaciones podrán alcanzar los objetivos generales de
esta filosofía en realidad sus recomendaciones están orientadas a limitar el colapso
y la pérdida de vidas y no a limitar el daño, mantener el edificio funcionando o
facilitar su reparación. Esto se debe a que la práctica actual está basada en un
único nivel del sismo de diseño general. Las especificaciones de los códigos
10.4 PROBLEMAS ACTUALES DE LA INGENIERÍA SISMORRESIS-
TENTE
Para efectuar un diseño sismorresistente eficiente se necesita predecir, de manera
confiable, el comportamiento dinámico del sistema completo constituido por:
suelo, cimentación, superestructura y componentes y contenido no estructural.
Según Bertero (4) los problemas que se encuentran en este trabajo se pueden
resumir en tres:
1. Estimar con precisión el movimiento del suelo en la cimentación del edifi-
cio: Terremoto de entrada
2. Estimar o calcular las deformaciones de la obra en particular en respuesta al
movimiento que experimenta la cimentación, considerando simultáneamen-
te todas las solicitaciones que actúan sobre ella: Solicitaciones o deman-
das a la estructura.
3. Predicción de la respuesta en el límite seguro: Capacidad real asignada a
la estructura
Considerando todas las incertidumbres involucradas en este proceso no llama la
atención la tendencia natural a sobresimplificar el problema con las inevitables
consecuencias de no poder garantizar una adecuada seguridad a pesar de los

grandes avances en todas las técnicas empleadas. De hecho para mejorar el diseño
sismorresistente se necesita mejorar nuestro conocimiento de las respuestas a los
tres interrogantes mencionados.
10.4.1 Sismo o terremoto de entrada para el diseño
¿Cuál debe ser el movimiento para el que la estructura debe ser diseñada?. El
problema se reduce a la necesidad de saber contra que tenemos que diseñar la
estructura. Definir el sismo o terremoto de entrada es uno de los retos que aún no
han sido bien resueltos por la ingeniería sismorresistente. El terremoto de diseño
depende de los criterios de diseño, es decir, del estado límite que controla el diseño
(4).
El terremoto de diseño debería ser aquel movimiento del suelo, de todos los
posibles que pudieran ocurrir en el sitio, que conduzca a una estructura a su
respuesta crítica. En la práctica este concepto simple encuentra grandes dificulta-
des, primero porque existen grandes incertidumbres en la estimación de la
predicción de las principales características dinámicas de los movimientos del
suelo que todavía no han ocurrido en el sitio y segundo porque la respuesta de la
estructura varía según los estados límite que pueden controlar el diseño.
Las Normas especifican el sismo de diseño usando criterios de zonificación,
aceleraciones pico esperadas en el sitio. Otros utilizan espectros de diseño basados
en una aceleración máxima efectiva. Si bien esto es una mejora, en opinión de
Bertero (4) aún quedan grandes incertidumbres en relación a todos estos paráme-
tros. La prueba la facilitan los registros de aceleraciones y los espectros de
respuesta de los sismos fuertes ocurridos en los últimos años que han alcanzado
aceleraciones altísimas (0.8g a 1g) o amplificaciones espectrales enormes (4 a 5 en
México) (4,13)
10.4.2 Predicción de la Respuesta de las edificaciones
Otro de los problemas actuales. ¿Cuál debe ser la exigencia real que ocasionarán el
movimiento de la cimentación sobre los elementos estructurales? En este aspecto
han habido avances notables en los métodos de análisis computarizados. Sin
embargo persisten dificultades que provienen de predecir adecuadamente:
1. La carga sísmica crítica durante la vida útil (servicio) de la estructura, pro-
blema relacionado con el anterior.
2. El estado del sistema como un todo cuando ocurre un movimiento del suelo
crítico, es decir, considerar el conjunto suelo-cimiento-estructura y compo-
nentes no estructurales; selección del modelo matemático apropiado para el
análisis.
3. Las fuerzas internas, los esfuerzos y deformaciones a las que estará someti-
do el modelo, el análisis.
4. La capacidad (u oferta) real de rigidez, resistencia, estabilidad, y capacidad
para absorber y disipar energía (es decir comportamiento histerético realis-
ta) del sistema total, el diseño
La capacidad real no depende sólo de la que le asignemos a cada elemento sino
en última instancia de la interacción de la estructura con el suelo-cimentación en
movimiento y los componentes no estructurales que usualmente no son considera-
dos en los análisis ya que erróneamente se consideran favorables en la respuesta
límite.
Un ejemplo relacionado con una "estructura tradicional" por lo que tiene de
antigua y que seguramente nunca fue sujeto de estas elucubraciones. La antigua
catedral de Constantinopla, llamada de la Santa Sabiduría o Hagia Sofía.
Hagia Sofía (17,18) fue diseñada y construida bajo la dirección de Isidoro de
Mileto (paisano de Tales) y Antemio de Tralles por ordenes del emperador
bizantino Justiniano en sólo cinco años y 10 meses (532 al 537) . 10,000 hombres
trabajaron en su construcción. Todavía en pie con toda su magnificencia y después
de haber soportado innumerables sismos.1
Modernamente podemos tratar de explicar lo que las reglas de buena práctica
nos demuestran. O sea una configuración simple, simétrica con elementos
redundantes. Si bien esta obra no deja de ser un alarde de cobertura espectacular
,de ahí alguno de sus problemas, se ha comportado adecuadamente para sus 1466
años. Sin embargo observamos que los análisis dinámicos por elementos finitos
que son los procedimientos más elaborados con los que contamos (elásticos
todavía, por consiguiente imperfectos en toda su precisión) predicen frecuencias
de vibración "parecidas" a las medidas instrumentalmente. Más aún, comparando
las columnas 2 y 3 de la Tabla siguiente se observan diferencias entre las medicio-
nes con vibración ambiental y las realizadas durante un temblor. Esto indica
variaciones debidas al nivel de esfuerzo (nolinealidad, nada sorprendente pero muy
difícil de estimar ). Las columnas 4 y 5 muestran los valores calculados (19)
"ajustando" los valores del módulo de elasticidad de los distintos materiales
constitutivos (albañilería de piedra en pilares y de ladrillo en las cúpulas) para
reproducir los valores experimentales.
HAGIA SOFIA- Estambul, Constantinopla
1
En el año 558 un terremoto provocó la caída de la mitad de la cupula central de
30m de diámetro. El hijo de Isidoro reconstruyó la cúpula, reforzando sus apoyos,
y elevándola 7.5m más que antes.(18)

FRECUENCIAS EN HERTZ (Ciclos / segundo)
Modo
Medida,
ambiental
Medida
durante
temblor
Calculada
ambiental.
E.F.
Calculada
durante
sismo. E. F.
Movimiento
dominante
1 1.84 1.53 1.97 1.74 Traslación Este-Oeste
2 2.09 1.85 2.08 1.88 Traslación Norte-Sur
3 2.41 2.15 2.37 2.10 Rotación torsional
La conclusión es una: La predicción de la respuesta de estructuras ante sismos
severos, y más aún aquella construcción tradicional compleja, es muy imprecisa
por sofisticados que sean los métodos que se usen. Que se debe hacer: Aplicar las
reglas de buena práctica que se reafirman en su validez cada vez que ocurre un
terremoto destructivo.
10.4.3 Respuesta en el límite. Capacidad real
La metodología de diseño generalmente aplicada en la mayoría de países (1)
considera un único nivel de terremoto de diseño. Es decir, se ignora la diferencia
en los requerimiento que cada estado en los que ésta va a operar demanda. Los
criterios de diseño para condiciones normales o de servicio no son las mismas que
para las condiciones cuando se presenta el terremoto de diseño (ver por ejemplo
(9)), que puede ser el mayor esperado en un lapso previsto en las mismas normas.
La metodología actual, según normas, está basada en un terremoto de diseño de
una única intensidad o nivel de aceleración.
En concordancia con la filosofía de diseño, toda estructura que es sometida a un
terremoto intenso debería diseñarse para evitar el colapso más no para evitar sufrir
daños estructurales. Este criterio no está adecuadamente representado en la
metodología de diseño y constituye actualmente, en opinión de quién esto escribe,
uno de los puntos más débiles de la ingeniería sismorresistente. El diseño en la
condición límite del sismo de diseño no es verificado o calibrado contra las
demandas o solicitaciones del sismo por lo que no hay ninguna garantía sobre la
capacidad real de la estructura bajo estas condiciones.
Como dice Bertero (5): "Los códigos sísmicos modernos, que intentan reflejar
grandes avances en conocimiento y entendimiento de una manera muy simple, no
son transparentes sobre el nivel esperado de comportamiento o respuesta del
sistema completo, suelo-cimentación-estructura-elementos noestructurales. El
nivel esperado de comportamiento se ha convertido en una parte implícita, más
que explícita de los códigos, a través de una serie de factores empíricos y requeri-
mientos de armadura que esconden la verdadera naturaleza del problema del
diseño sismorresistente: el comportamiento del edificio". El concepto es claro.
10.5 PLANIFICACIÓN SÍSMICA FUNDAMENTAL
El diseño sismorresistente comienza con la selección del material, la configuración,
la definición del sistema estructural y la estructuración. Estas son decisiones que

afectan directamente el diseño sísmico final. Por lo tanto es fundamental una
coordinación estrecha entre el arquitecto y el ingeniero estructural quienes deben
cooperar, algo que lastimosamente no siempre se consigue por la secuencia lineal
en la que se desarrolla un proyecto.
Cada material estructural se comporta según sus propias características
resistencia, rigidez y degradación ante grandes deformaciones por lo tanto deben
seleccionarse de acuerdo con la ubicación y condición en que se va a proyectar un
edificio a fin de conseguir una construcción confiable y económica. Hay innume-
rables ejemplos que ilustran que una configuración escogida en base a condiciones
arquitectónicas únicamente ha sufrido daños por carecer de adecuada resistencia
sísmica. Una vez que el edificio tenga una configuración sísmica desventajosa, no
se podrá lograr una estructura segura, aún cuando el diseño estructural se haya
realizado apropiadamente usando las técnicas más sofisticadas existentes. (Véase
la sección anterior sobre las fuentes de incertidumbre en el diseño sismorresistente)
Esto último también es cierto para la estructuración, o sea la distribución interna de
los elementos resistentes.
Siempre habrá de tenerse presente durante esta etapa fundamental que: "El
ingeniero estructural no puede lograr que una forma estructural pobre se
comporte satisfactoriamente durante un terremoto" (6). El sismo siempre estará al
acecho de cualquier debilidad de la estructura, consciente o no para el diseñador.
De modo general las incertidumbres propias del diseño sismorresistente siempre
podrán ser reducidas prestando especial atención a los detalles de refuerzo.
10.5.1 Forma o configuración de la estructura
Al inicio de esta primera parte se transcriben las recomendaciones contenidas en la
Norma Peruana de Diseño Sismorresistente (1) que son principios básicos -o reglas
de buena práctica- respecto a las características que debe tener una estructura
sismorresistente y que han mostrado su bondad a base de la experiencia. No
siempre podrán ser aplicados al pie de la letra, pero habrán de tenerse siempre en
cuenta.
A) Planta
Con respecto a la planta las recomendaciones se pueden resumir en lo siguiente.
La planta ha de ser:
a) simple
b) compacta , no alargada
c) simétrica
d) de gran rigidez torsional
SEC 10.5: PLANIFICACIÓN SÍSMICA FUNDAMENTAL 9
Simple.- Desde el punto de vista de la resistencia sísmica es deseable una
configuración sencilla como una forma cuadrada o circular. Los sismos han
demostrado que las plantas mas sencillas tienen las mayores probabilidades de
sobrevivir. Las razones más importantes son. Primero, que nos es mucho más
sencillo entender la respuesta sísmica de una estructura sencilla que la de una
complicada. Y segundo que nuestra habilidad para entender los detalles simples es
mayor que para los más complejos. Las plantas caprichosas en forma de H, L, T, U
o Y han mostrado que la zona de los extremos (las alas) son más vulnerables y a
menudo colapsan.
Compacta.- Complementando la característica anterior. Una edificación de forma
alargada está expuesta a fuerzas complejas provenientes de las diferencias de fase
en el movimiento del terreno que actúan sobre sus extremos. La presencia de
juntas es indispensable en estos casos para reducir la planta a un conjunto de
formas menos extendidas y más simples.
Evitar:
B) Alas muy alargadas (vibran de forma diferente -> concentración de esfuerzos en
las esquinas interiores)
Medidas:
1) Subdivisión del edificio en cuerpos independientes y cortos.
2) Rigidización en los extremos de las alas y refuerzo de las esquinas interiores.
1 2B
Evitar:

Plantas muy alargadas (vibraciones importantes en planta, diferencia de movimien-
to entre un extremo y otro)
Medidas:
1) Separación con juntas sísmicas
2) Distribución uniforme de elementos resistentes transversales y sistema de piso
rígido en planta.
Efecto:
Elevación Planta
1Evitar: B__ >4
A
B
A
2
Movimiento diferente del suelo en
distintos apoyos
a) Deformación de la planta del edificiob)
Simétrica.- La simetría es aconsejable por razones similares. Además la falta de
simetría produce efectos de torsión que son sumamente perjudiciales y destructivos
además de ser difíciles de estimar correctamente. La simetría debe existir en las dos
direcciones principales de la edificación. En este aspecto debe señalarse que no
basta una planta de forma simétrica sino la estructura también debe ser simétrica.
Se debe tratar que el centro de rigideces esté lo más cerca posible del centro de las
masas, ya que de lo contrario tendríamos un caso de la llamada falsa simetría. Una
estructura será realmente simétrica cuando ambos coincidan.
Evitar:
A) Asimetría de la planta (vibraciones torsionales)
Medidas:
1) Distribuir los elementos resistentes de manera que el centro de masas coincida
con el centro de rigideces.
2) Subdivisión del edificio en cuerpos independientes y regulares mediante juntas
sísmicas.
3) Colocación de elementos estructurales que liguen las diferentes partes del
edificio de tal manera que lo vuelvan más simétrico.
A 1 2 3
CM=CR
Junta sísmica
Viga de
unión
Rigidez torsional.- Esta característica es complementaria de la anterior. Cuando
se tiene una gran rigidez torsional, las deformaciones debidas a las asimetrías serán
menores que cuando la rigidez es baja. Más aún cuando éstas son amplificadas
por el movimiento sísmico al presentarse comportamiento inelástico.
B) Elevación
Uniformidad y Continuidad.- Estas son características fundamentales. En la
siguiente sección se resumen algunas recomendaciones para conseguir un buen
comportamiento.
Proporción o esbeltez.- Las características de simplicidad y compacidad son
también aplicables a la forma de la elevación de la estructura. Formas complejas
con variaciones caprichosas a lo alto constituyen una fuente de riesgo por la misma
razón de la planta compleja ya mencionadas. Asimismo una forma muy alargada o
esbelta presenta complicaciones de análisis que aún con los métodos modernos de
análisis dinámico (24) no se garantiza una estimación cabal de su respuesta, menos
aún en el rango inelástico. Los efectos del volteo en edificios muy alto son
evidentemente muy importantes y originan fuerzas muy altas en las columnas como
en la cimentación pueden ser difíciles de manejar. Algunos edificios en México y
Kobe fallaron por volteo de sus estructuras al desprenderse de la cimentación
(5,14).

10.5.2 Uniformidad en resistencia y rigidez
Una estructura tendrá mejores perspectivas de sobrevivir un sismo severo si:(4)
a) Los elementos portantes están distribuidos uniformemente.
a)
b) Todas las columnas y muros son continuos y sin entrantes o salientes desde
la cimentación hasta el techo.
c) Todas las vigas están alineadas.
d) Columnas y vigas están alineadas.
e) Columnas y vigas de concreto son del mismo ancho.
f) Ningún elemento principal cambia de sección bruscamente.

g) La estructura sea tan continua (redundante) y monolítica como sea posible.
Por lo general es difícil modificar las consideraciones arquitectónicas para
acomodar estas necesidades de la estructura sismorresistente por las restricciones
que éstas imponen en la arquitectura ; pero se debe insistir en que cuanto más
alejados estemos de ellas más vulnerable será la estructura.
La necesidad más apremiante es la continuidad vertical de los elementos,
principalmente muros o columnas. Es indeseable y sumamente peligroso, como ha
sido probado innumerables veces en edificios colapsados, apoyar muros sobre
columnas o columnas sobre vigas.
Cambios bruscos en la rigidez lateral del edificio son también muy peligrosas.
El análisis no predice bien las necesidades de capacidad de los elementos y
naturalmente son ubicaciones de concentración de esfuerzos que finalmente
conducen a colapsos parciales. La falla de entrepisos por la presencia de columnas
sigue siendo muy común a pesar de ser un problema largamente identificado.
Mantener dimensiones similares en los elementos de concreto armado facilita el
detallado del refuerzo. Factor decisivo en el comportamiento límite -condiciones
extremas que se presentan ante un sismo severo y de larga duración- de cualquier
estructura sismorresistente.
Como la capacidad de la estructura para resistir un sismo severo depende
grandemente de su capacidad de disipación de energía por comportamiento
inelástico, construir uniones monolíticas y darle continuidad a la estructura es
indispensable para poder enfrentar esta situación. En los sismos de México (1985),
Armenia (1988) muchos colapsos se originaron en estructuras prefabricadas con
conexiones inadecuadas (5).
10.5.3 Redundancia
La redundancia de los sistemas estructurales es muy deseable en caso de estructu-
ras sometidas a sismos ya que esta condición facilita "varias líneas de defensa" (1)
de la estructura. Una falla local no induce al colapso en la totalidad del edificio si
cuenta con adecuada ductilidad
Rigidez, resistencia y ductilidad
La rigidez, o sea la capacidad para limitar las deformaciones bajo cargas, siempre
ha sido un criterio de diseño. En el caso de cargas sísmicas la rigidez ha cobrado
mayor importancia en los últimos años como consecuencia de la observación de los
daños producidos por los sismos de los últimos 10 años a las estructuras flexibles y
muy deformables.
Ya en 1940,el Dr. Ricardo Valencia mencionaba en el artículo citado anterior-
mente (11): "Otro requisito de una buena construcción es su rigidez. En el caso
de edificios asísmicos, las opiniones están divididas, pues algunos preconizan la

adopción de estructuras perfectamente rígidas, mientras que otros creen que se
aminora el costo dando flexibilidad a uno o dos de los pisos inferiores........
Cualquiera que sea la solución adoptada, es necesario que las secciones de los
elementos puedan soportar los esfuerzos engendrados, ya sea por la perfecta
rigidez, o por las deflexiones importantes que puedan presentarse en los elementos
flexibles " Claramente tenemos los requisitos de rigidez y de capacidad de
ductilidad, concepto que no se encontraba difundido aún, pero que se vislumbra de
esta afirmación del visionario ingeniero Valencia.
Una edificación flexible experimentará daños más severos cuando incursione
en el rango inelástico -como se espera según los criterios de diseño vigentes (ver
Secc. 1)- que una estructura rígida. El daño acumulado conduce a mecanismos
inestables que por lo general terminan en el colapso. (4,12,13,14). Esto se ha hecho
evidente cuando el sismo es de larga duración. Al respecto Bertero afirma (4): “...
No cabe duda que en estructuras para las que T≥ 0.5 s, diseñadas según el código
de México, D.F. (donde Cs era menor o igual que 0.06), se produjeron severas
oscilaciones que indujeron a muchos ciclos de plastificación alternada que no sólo
causaron el deterioro significativo de su rigidez (alargando así sus periodos), sino
que también pudieron haber causado el deterioro significativo de sus resistencias
máximas a cortante, flexión, torsión y adherencia (anclajes), en particular el caso
de pórticos de concreto armado con sólo losas nervadas o losas planas como
sistemas de entrepiso. ... el terremoto de México de 1985 es, quizás, el primero
en el que los movimientos del suelo registrados y las correspondientes respuestas
de los edificios han mostrado la posibilidad de que las estructuras diseñadas,
según el código, puedan sufrir un número significativo de ciclos de plastificación
alternada con exigencia de altos factores de ductilidad, considerablemente
mayores que los que se consideraban posibles antes de este terremoto. Un gran
número de edificios en Ciudad de México falló debido a esta larga duración del
movimiento fuerte”
De ahí que haya toda una corriente de expertos que aconsejan limitar
severamente las deformaciones de la estructura o sea exigiendo mayor rigidez.
Este no es un criterio desconocido para los ingenieros que diseñan edificios altos
en zonas de viento, donde la rigidez es el parámetro que controla el
dimensionamiento de los elementos (15), pero cada vez se hace más aceptable entre
los diseñadores de zonas sísmicas.
Además debe recordarse que el comportamiento de estructuras aporticadas es
muy sensible al detallado del refuerzo de sus elementos y uniones y también a la
calidad de la construcción. Cualquier error en el armado o construcción de una de
sus uniones puede conducir a una falla catastrófica.(4)
Resistencia.- La estructura debe tener la resistencia adecuada para resistir las
acciones sísmicas al nivel del sismo de diseño. Normalmente esta es una condición
que si se satisface. Sin embargo asociada a ésta debe ir el necesario detallado del
refuerzo para permitir desarrollar la ductilidad que se supone se requerirá de la
estructura cuando sus elementos incursionen en el rango inelástico.
AceptableAceptable
∆u ∆u
Fig .- Pórticos y muro con pórtico
Ductilidad.- La ductilidad es una característica esencial en el buen comportamien-
to sismorresistente de cualquier estructura. La necesidad de contar con ella parte
de la metodología de diseño usada en la actualidad que confía en la disipación de
energía por acción inelástica para resistir adecuadamente un terremoto severo. Un
sistema es dúctil cuando es capaz de experimentar deformaciones substanciales
bajo carga constante, sin sufrir daños excesivos o pérdida de resistencia bajo ciclos
repetidos de carga y descarga (8). Esta característica es indispensable en edificios
de resistencia moderada si es que se quiere asegurar su supervivencia . "Por esta
razón es la propiedad singular más importante, buscada por el diseñador de
edificaciones ubicadas en regiones de significativa actividad sísmica" (9).
Los niveles de ductilidad permitidos dependerán del criterio de diseño escogido
sobre control de daño. Esa variable dependerá del tipo de edificación y de su
comportamiento esperado. Para algunas estructuras puede ser inaceptable un nivel
muy alto de deformaciones, por lo que el nivel de la ductilidad de diseño será
menor que para otra en que si se acepta un mayor nivel de daño. (9)

∆u ∆u
deseable aceptable
Fig .- Pórtico dúctil
10.5.4 Materiales
El material con el que se fabrique la estructura es un factor importante que influye
en la determinación de la forma Muchas veces el material se escoge por costum-
bre o disponibilidad o por razones económicas. Independientemente de si se pueda
decidir o no sobre el material, lo cierto es que los criterios que se mencionan
seguidamente están presentes e influyen en el comportamiento sísmico. (4,1)
Puramente en términos de resistencia sísmica los mejores materiales tienen las
siguientes características:
1. Ductilidad alta o deformabilidad
2. Relación de alta resistencia/peso
3. Baja degradación
4. Homogeneidad
5. Ortotropía
6. Facilidad de construir conexiones muy resistentes
7. Costo razonable
Cuando más grande la estructura las propiedades mencionadas se vuelven más
importantes.
La mayoría de los sistemas prefabricados no son adecuados para resistencia
sísmica por la dificultad en conseguir una estructura monolítica, continua y dúctil
debido a las conexiones con que se fabrica.
Dowrick (6) presenta la siguiente tabla para el caso de edificaciones, que sin
embargo puede no ser aplicable a todas las realizadas, pero no obstante constituye
una referencia relativa. Algunos de los materiales citados no son usados en el
Perú.
ALTURA DEL EDIFICIO
Alta Mediana Baja
Mejor Acero Acero Madera
Concreto vaceado
en sitio
Concreto vaceado
en sitio
Concreto vaceado en
sitio
Buen concreto
prefabricado * 1
Acero
Concreto pretensa-
do *
Concreto pretensado
Buena albañilería
reforzada
Buena albañilería
reforzada
Concreto prefabrica-
do
MATERIALESTRUCTURALENOR-
DENDEPREFERENCIA
Peor Albañilería sin
reforzar
Tradicionalmente se ha preferido el acero sobre el concreto para edificios
de gran altura, sin embargo consideraciones de limitación de deformaciones y
vibraciones así como amortiguamiento y evidencia reciente (Kobe) sobre fallas no
dúctiles en estructuras de acero, ha vuelto al concreto (de alta resistencia) un
material revalorizado para esta función (12)
10.5.5 Resistencia límite mínima o modo de falla
Uno de los criterios de diseño vigentes recomienda que en edificios las vigas deban
ser proporcionadas y reforzadas de manera que su fluencia -en caso de sismo
severo- ocurra antes que la de las columnas. La razones para esto son:(7)
1. La falla de las columnas representa el colapso de todo el edificio
2. En una estructura con columnas débiles, la deformación plástica se concen-
tra en cierto entrepiso y por consiguiente requiere un factor de ductilidad re-
lativamente grande, usualmente difícil de conseguir.
3. Tanto en la falla por corte como en la de flexión, la resistencia de las co-
lumnas se degrada con más rapidez que en las vigas, debido a la presencia
de la carga axial.
1
No usado por muchos ingenieros estructurales para sismos

Mecanísmo de falla de un
entrepiso de un marco por
columna débil
Mecanísmo de falla de un
entrepiso de un marco por
columna fuerte viga débil
No deseable deseable
Ya que el comportamiento inelástico es aceptado y deseado, la tendencia modernas
en el diseño sismorresistente se concentran en orientar el proceso de formación de
rótulas plásticas desde la etapa del diseño. De manera explícita esto está estableci-
do únicamente en el Código Sísmico de Nueva Zelandia (2).
En la Norma Japonesa se requiere un análisis en condiciones límites de la
resistencia de cada piso comparándola con la necesaria para una fuerza lateral igual
al peso del piso, es decir de una vez la gravedad. Esto de por sí no es garantía de
éxito sino va acompañado de un detallado cuidadoso orientado a garantizar el
comportamiento dúctil de los materiales. Precisamente una de las lecciones más
importantes del último sismo en la ciudad de Kobe ha mostrado que aquellos
edificios diseñados con la última Norma Japonesa (1980) prácticamente no han
tenido colapsos por la mejora en el estribado de los elementos comparando con los
requisitos de normas anteriores que no han garantizado un comportamiento dúctil.
Metodologias como el diseño por capacidad usado en Nueva Zelandia (9) y el
diseño límite como presenta Akiyama (25) o el llamado diseñi integral, o diseño
por desempeño o performance, que está siendo implementado por la SEAOC como
parte de su inciativa 2000 se irán difundiendo y aceptando con mayor vigor en el
futuro cercano.
10.6 SISTEMAS ESTRUCTURALES
Básicamente se encuentran tres tipos de comportamiento para resistir las cargas
laterales que origina un sismo y que corresponden a los siguientes sistemas
estructurales:
a) Sistemas aporticados
b) Sistemas de muros, solos o acoplados
c) Sistemas mixtos, duales o híbridos.
Los anteriores son conjuntos de elementos ubicados en un plano vertical
evidentemente. Sin embargo asociados a éstos se complementan con los entrepisos
que constituyen elementos horizontales que se comportan como diafragmas. Es
decir elementos muy rígidos en el plano horizontal que permiten el trabajo
conjunto de los sistemas verticales y cuya importantísima función será mantener la
unidad de la estructura permitiendo las sucesión de las líneas de defensa del
sistema
También hay otros sistemas que incluyen otros tipos de elementos rigidizadores
como pórticos rellenos, en el caso de concreto o pórticos arriostrados más común-
mente en el caso de acero. La desventaja de las riostras diagonales es que
presentan limitada ductilidad(8)
Sobre esta base es posible diseñar el o los sistemas resistentes de una estructura
como una combinación de pórticos , muros, o combinación de ellos. Estos son
también los sistemas que se usan actualmente, con algunas variantes especiales
para edificios altos (15).
10.7 DEFECTOS DE ESTRUCTURACIÓN. LECCIONES NO APRENDI-
DAS
La estructuración puede resultar en un problema de configuración cuando las
cargas se distribuyen irregularmente entre los elementos resistentes. En ese caso
habrá concentraciones en zonas imprevistas y probables demandas no satisfechas
de resistencia o ductilidad.
Las fallas más comunes observadas en sismos pasados se deben en su mayor parte
a irregularidades en la forma (distribución de las masas) o en los sistemas resisten-
tes (distribución de rigideces), ya sea en planta, en elevación.
Según Morales (10) los problemas de configuración pueden clasificarse en tres
tipos:
1. Discontinuidades verticales: piso blando, reducciones en planta, tabiquería
2. Irregularidades en planta: esquinas entrantes, resistencia desbalanceada

3. Mecanismos de falla imprevistos: viga fuerte-columna débil en sistemas
aporticados.
10.8 PERSPECTIVAS FUTURAS
Los problemas planteados por Bertero en la Secc. 2 obtendrán soluciones a largo
plazo. Sin embargo actualmente dos son las vertientes donde se viene trabajando
para mejorar la seguridad sísmica de las construcciones:
1. Reducción de la energía sísmica trasmitida a la estructura
2. Diseño en condiciones límites
En el primer caso se han hecho notables progresos en el desarrollo de Aislado-
res y Amortiguadores sísmicos cuya finalidad es limitar la fuerza que se trasmite al
edificio. Los primeros tienen un rango de aplicación limitado a edificios de baja
altura, por el peso de la edificación que pueden resistir. Los segundos pueden ser
colocados en estructuras de cualquier tamaño aunque su funcionamiento demanda
sistemas sofisticados.
El diseño límite y el diseño por capacidad (selección de un mecanismo de falla
deseable) son, en opinión del autor, los caminos naturales que habrá que tomar si
se mantiene la filosofía actual de diseño vigente en el mundo de evitar el colapso
de edificaciones ante sismos severos. Las normas serán las encargadas de
incorporar las modificaciones que reglamenten la aplicación de estas metodologías.
10.9 CONCLUSIONES
La experiencia conduce a insistir en las recomendaciones más simples. Desde este
punto de vista, se pueden resumir las siguientes conclusiones:
1) Se debe recordar las condiciones que gobiernan un buen comportamiento
sismorresistente y hacer los mayores esfuerzos para forzar su aplicación.
• Simetría
• Simplicidad y Uniformidad
• Redundancia
• Rigidez adecuada: limitación de deformación
• Ductilidad con Mecanismo Estable
2) Evitar las irregularidades pronunciadas
3) Definir varios estados límite para el diseño
4) Identificar el sismo de diseño para cada estado
5) Verificar la capacidad última o límite y asegurar un mecanismo estable en
esas condiciones
REFERENCIAS 23
6) Detallar los refuerzos de manera muy cuidadosa
7) Supervisar la calidad de la construcción y la aplicación de las normas vigen-
tes.
Referencias
1. Reglamento Nacional de Construcciones. 2003. "Norma Técnica de
Edificación E-030 Diseño Sismorresistente" Ministerio de Transpor-
tes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción. Lima
2. I.A.E.E.., 1992. Earthquake Resistant Regulations - a World List.
International Association for Earthquake Engineering. Tokyo
3. S.E.A.O.C. SEISMOLOGY COMMITTEE., 1988. "Recommended
Lateral Force Requirements and Commentary" Structural Engineers
Association of California. San Francisco.
4. BERTERO, Vitelmo V., Noviembre 1992. "Lecciones Aprendidas de
Terremotos Catastróficas Recientes y Otras Investigaciones". Primera
Conferencia Internacional Torroja 1989. Monografía N° 410-411. Insti-
tuto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. Madrid.
5. BERTERO, Vitelmo V., 1994. "Major Issues and future trends in
earthquake-resistant design". Keynote Lecture. Proceedings of the
Tenth World Conference in earthquake Engeineering. Madrid Julio
1992. Volumen 11. Editorial A.A. Balkema, Rotterdam
6. DOWRICK, D.J., 1987, Earthquake Resistant Design for Engineers
and Architects, John Wiley & Sons, Ltd., New York
7. WAKABAYASHI, Minoru, Martínez Romero, E. 1988. Diseño de
Estructuras Sismorresistentes. McGraw Hill, México.
8. ROSENBLUETH, Emilio, Editor., 1980. Design of Earthquake
Resistant Structures. Pentech Press. Londres.
9. PAULAY, Thomas, PRIESTLEY, M.,J., nigel.,1992. Seismic Design
of Rinforced Concrete and Masonry Buildings. John Wiley & Sons.
New York.
10. MORALES, Roberto. , 1995, "Principales Aspectos Estructurales en la
Supervisión", Cap. V, Supervisión de Obras de Concreto. American
Concrete Institute. Capítulo Peruano. 3a. Edición. Lima.
11. VALENCIA, Ricardo. , 1940 "El Terremoto del 24 de Mayo de 1940,
sus efectos y sus enseñanzas". Revista de la Pontificia Universidad Ctó-

lica del Perú. Setiembre-Octubre 1940. T. VIII, N° 6-7, pp. 294-329.
Reproducido en la Revista El Ingeniero Civil. N° 98. Setiembre-Octubre
1995. pp. 6-19. Publicivil. Lima
12. SATO, José. , 1995 "El sismo de Kobe" Comunicación interna CIS-
MID-FIC-UNI. Lima.
13. VÉLEZ, Mario. , 1995 "Algunos Aspectos del Terremoto de la Prefec-
tura Hyogo-Nambu-Japón ocurrido el 17 de Enero de 1995. Revista
COSTOS. Octubre 1995. Lima
14. CASABONNE, Carlos. , 1995 "Algunos Aspectos del Terremoto de la
Prefectura Hyogo-Nambu-Japón ocurrido el 17 de Enero de 1995. Re-
vista El Ingeniero Civil. N° 98. Setiembre-Octubre 1995.,pp.20-31. Pu-
blicivil. Lima
15. TOMASETTI, Richard. , 1994, "Tendencias actuales en el Diseño de
Edificios de Gran Altura", Foro Internacional de Ingeniería Civil. Capí-
tulo de Ingeniería Civil, Consejo Departamental de Lima, Colegio de In-
genieros del Perú. Publicado en la Revista Ingeniería Civil. Junio-Julio
1995., Lima.
16. ARNOLD, CH., REITHERMAN, R. 1994 Configuración y Diseño
Sísmico de Edificios Limusa, México.
17. ASIMOV, Isaac , 1982. Constantinopla-El Imperio Olvidado.
Alianza Editorial. Madrid.
18. DURANT, Will , 1950. The Age of Faith. The History of Civilization
Vol. IV. Simon & Schuster. New York.
19. ÇAKMAK, A.S., DAVIDSON, R., MULLEN, C.L., ERDIK,
Mustafa, 1992 "Dynamic Analysis and Earthquake Response of Hagia
Sofía" En la publicación de artículos seleccionados del Seminario
Protection of Architectural Heritage Against Earthquakes, Estambul-
Ankara. European Natural Disasters Training Center- AFEM.
Ministerio de Obras Públicas. Turquía..
20. AKIYAMA, H., 1985. Earthquake Resistant Limit-State Design for
Buildings. University of Tokyo Press. Tokyo.
Reconocimiento.- El Ing. Víctor Rojas del Centro de Cómputo del CISMID
colaboró en la preparación de este trabajo. El Ing. Mario Vélez y el Arq. José
Sato facilitaron información del sismo de Kobe.

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