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Fundamentos del Diseño Sismorresistente en Concreto Armado

El diseño estructural sismorresistente, con sus requerimientos y exigencias especiales para alcanzar la resistencia esperada ante acciones laterales, niveles adecuados de disipación de energía y ductilidad asociada a la capacidad de deformaciones en el rango inelástico, es una disciplina de la ingeniería estructural que cobra especial relevancia en regiones donde la actividad sísmica representa una amenaza significativa a la integridad de las edificaciones y a la vida de sus ocupantes.

El estudio de la dinámica de estructuras y el comportamiento de estas, ante excitaciones externas como los movimientos oscilatorios en su base, abarca grandes complejidades que forman parte del programa académico de las universidades especializadas y centros de formación como INESA TECH, abocados a la difusión del conocimiento en el área.

Aunque es un tema profundo, se discuten a continuación de forma introductoria, algunos de los conceptos claves a tomar en cuenta a la hora de emprender el diseño sismorresistente de una edificación en concreto reforzado:

La filosofía de diseño se fundamenta en propiciar que, ante eventos sísmicos, prive la generación de mecanismos dúctiles (que disipen energía mediante deformaciones en el rango inelástico) antes que las fallas frágiles (en las que el esfuerzo cedente y el esfuerzo último se encuentran muy cercanos entre sí). Estas últimas hacen a una estructura altamente vulnerable en el caso de acciones que excedan las condiciones de cálculo.

Fallas frágiles

Entre las fallas frágiles que debemos vigilar, encontramos las fallas por cortante (frágiles por definición cuando hablamos de un material como el concreto u hormigón) y por confinamiento, ambas asociadas a la distribución adecuada de acero transversal de refuerzo.

Otro problema para atender con especial atención, es el de los nodos o juntas viga-columna, que indirectamente también se traduce a un problema de resistencia a fuerzas cortantes en elementos que, por sus características, tienen muy poca capacidad de disipación energética.

Los aspectos relacionados con el detallado de las barras de acero, sus características, solapes y traslapes, aunque más difíciles de controlar con precisión, tienen también una influencia significativa en la adherencia y los mecanismos de vinculación entre estas y el concreto, que a su vez condiciona el comportamiento estructural global.

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Falla por Cortante en Columnas

Aunque resulta no intuitivo, la colocación de una cantidad excesiva de acero de refuerzo, que suele suceder cuando se traducen los resultados del cálculo a detallados reales del armado de los elementos estructurales, puede también conducir a una variación significativa (desfavorable) en los niveles de ductilidad asumidos para el diseño de una edificación, contribuyendo a comportamientos muy alejados de lo esperado.

Finalizando la lista de las fallas frágiles a evitar, encontramos una inadecuada relación de resistencias entre columnas y vigas o, dicho en otras palabras, el incumplimiento del criterio columna fuerte-viga débil. La falla prematura de columnas antes que la de vigas conduce también a una reducción de ductilidad global y a la generación de indeseables mecanismos de colapso.

En contraparte, todas las normas internacionales de diseño sismorresistente establecen metodologías para asegurar que las fallas en los elementos de concreto ocurran por flexión, basándose por ejemplo en el criterio del máximo momento probable y que estas se concentren en vigas, justamente para cumplir con el principio de columna fuerte-viga débil anteriormente mencionado.

Aunque los lineamientos establecidos en la mayoría de códigos internacionales de diseño han sido probados adecuadamente por sus autores, y van nutriéndose año a año del resultado de nuevas investigaciones o estudios experimentales, a veces no basta sólo con cumplir con los criterios mínimos expuestos. Para casos especiales o para aquellos proyectos en los que se desee conocer con mayor detalle si las premisas asumidas están en efecto cumpliéndose, herramientas como el Análisis Estático No Lineal (AENL – Pushover) representan un avance muy relevante que permite evaluar el desempeño sísmico de una edificación, ajustado a la realidad, comparándolo con las presunciones iniciales respecto a la ductilidad y los factores de reducción de respuesta espectral.