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10 feb 2016

ANTE UN TERREMOTO, ¿SON SEGUROS NUESTROS EDIFICIOS?

¿Están preparados nuestros edificios para un terremoto?

Un terremoto no es más que el movimiento brusco relativo de una docena de placas tectónicas de más de 70 km de espesor que forman la corteza terrestre causado por la liberación de energía acumulada durante largos períodos en su interior. El proceso de acomodo de estas placas lleva millones de años y han originado desde los continentes hasta el relieve geográfico que hoy conocemos. Cuando hay un choque entre placas y el movimiento queda coaccionado se comienza a acumular una energía de tensión que hará que, en un cierto instante, una placa se mueva bruscamente contra la otra rompiéndola y liberando una cantidad de energía que origina el Terremoto. El 90% de ellos se producen en inmediaciones de fallas (donde las placas originan estos esfuerzos).

sismo

En España encontramos, principalmente, 3 fallas de actividad:

– Falla del Bajo Segura, con sentido SW-NE en Murcia capital y WNW-ESE en Sur de Alicante. Alcanzó un máximo de 6.6 Richter y X Mercalli en 1829

– Falla de Crevillente, atravesando el Sur de España de WSW a ENE y que se encontraba dormida hasta 1999 con el terremoto de Mula y en 2002 con el de La Paca en Lorca

– Falla de Alhama de Murcia, ubicada en el centro de la región de Murcia con sentido SW-NE, con movimiento constante y que fue la causante del  terremoto de Lorca de 2011  alcanzado un Richter de 5.1º

 

mapa fallas

 

Los nuevos métodos de cálculo sísmico permiten predecir con bastante fiabilidad una zona donde se producirá un terremoto y hasta una posible intensidad pero no cuándo se producirá y es por esto que debemos estar preparados.

Terremotos: Tensor de Momento sísimico

Terremotos: Tensor de Momento sísimico

Paradójicamente, las vidas que se cobró el terremoto de Lorca, 9 en total, no fueron provocadas por daños estructurales ya que de los 3000 edificios de nueva planta la estructura de todos, salvo dos, han superado una aceleración sísmica del orden de 0.37g. Sin embargo, los elementos que revisten la estructura del edificio, las fábricas, los petos, los ornamentos que decoran la piel de las edificaciones se han comportado de forma incorrecta a todas luces. Nuestra forma de construir evoluciona con el tiempo, la normativa y los métodos de cálculo, también. A efectos normativos los requisitos han venido recogidos desde la Norma MV-101 de 1962 de Acciones en la Edificación a las posteriores Normas Sismorresistentes PGS-1 en 1968 y PDS-1 del año 1974 para dar paso a un bloque de Normas de Construcción Sismorresistente NCSE-94 y NCSE-02 de los años 1994 y 2002 respectivamente (amén de las específicas para la Instrucción de proyecto, construcción y explotación de grandes presas, IGP, de 1967 y la más reciente Norma de Construcción Sismorresistente para Puentes NCSP-07 en 2007).

El análisis estructural por medio de espectros de respuesta y el estudio dinámico por integración de registros de aceleración realizados  en el dominio del tiempo o la frecuencia a partir de acelerogramas representativos del movimiento del suelo, son métodos aceptados para la modelización y el cálculo y numerosos programas de MEF lo incorporan para reproducir este escenario de cargas.

Con respecto a la tipología constructiva el forjado de viguetas unidireccional sobre pilares se impuso a las estructuras de albañilería y muros de carga compartiendo aquéllas protagonismo con los más recientes forjados reticulares que cubren grandes luces con un menor peso, una más rápida ejecución y un coste óptimo, liberando de pilares grandes zonas que quedan abiertas.

Con la norma NCSE-02 en vigor la peligrosidad sísmica se obtiene a partir de la aceleración de cálculo referida a la gravedad que resulta de combinar tres factores:

  1. Una aceleración básica que viene recogida en su anejo 1
  2. Un coeficiente adimensional de riesgo correspondiente con la probabilidad aceptable de que se exceda la aceleración en el período de vida para el que se proyecta la construcción
  3. Un coeficiente de amplificación del terreno que depende de las características geotécnicas del terreno de cimentación

Si nos fijamos en el caso particular del terremoto de Lorca, la aceleración registrada alcanzó 0.37g mientras que, de haberse aplicado escrupulosamente la norma en vigor, se hubiera obtenido una aceleración básica de 0.12g, un coeficiente de terreno S=1.3 proveniente de un terreno medio III con C=1.6 y, suponiendo que para el caso de viviendas (normal importancia), la probabilidad de que la aceleración del terremoto supere a la aceleración básica  es prácticamente nula (coeficiente 1,00) tendríamos  a_C=a_B\cdot S\cdot \rho=0.12g\cdot 1.3\cdot 1=0,16g

La mera incorporación del hecho probabilístico ya hace pensar al lector que “apostamos” a que no serán superadas las cargas estimadas durante la vida útil del inmueble pero, si la vida útil de una construcción son 50 años y cada año construyéramos una vivienda y siempre aplicáramos coeficiente 1  es evidente que no estamos quedando del lado de la seguridad pues extendiendo la misma premisa hasta un período superior de años estaríamos planteando el caso de que, realmente, nunca se superará ese límite marcado por la aceleración básica. En cualquier caso, en ausencia de mejores métodos, se aprecia que el valor real del sismo superó en un 230% el valor de cálculo más desfavorable predicho por la norma. La buena noticia es que, aún así, las estructuras, no colapsaron (salvo un 0.066%) lo que es un buen dato porque indica que los coeficientes de seguridad y ponderación están ahí por algo (principalmente, para cubrir nuestros errores de diseño y de ejecución). Entonces, ¿dónde sobrevino el problema? ¿Qué riesgos albergan nuestros edificios?

La misma suerte que han corrido numerosos edificios de nueva construcción en Lorca tendrían muchos de nuestras ciudades. Malas fijaciones, distribuciones incongruentes, rigidizaciones incompletas, falsas uniones …

¿Se imaginan un pilar cuyo cometido es soportar el peso del reparto de cargas de un elemento que descansa sobre cabeza trabajando a tracción, como si lo estiraran? Pues es un caso que puede presentarse en un paño de pared de fábrica de ladrillo dado que, en origen, el ladrillo se obtiene en hornos a gran temperatura que hacen que este material poroso salga con una afinidad fabulosa por el agua, que lo hincha y le hace crecer en tamaño provocando estalladuras en revestimientos, grietas, fisuras, etc. Por el contrario, el hormigón nace con un exceso de agua que va liberando poco a poco mientras sufre el conocido efecto de la retracción.

Sistemas constructivos frente a terremotos

Sistemas constructivos frente a terremotos: pilares trabajando a tracción

Así pues tenemos un marco rígido formado por 2 columnas que tienden a acortarse y 2 vigas que dependiendo del material pueden hacer lo propio como envolvente de un paño que crece superficialmente. Esto puede provocar (y provoca) que en las inmediaciones del arranque y cabeza del pilar se planteen esfuerzos axiales de tracción que “tiren” de él despegándolo de los forjados y, si el fenómeno no ocurre, será por causa de sus armaduras que actúan de tirantes desenvainándose sus corrugas del hormigón que las circunda y perdiendo su efectividad. Como se ve, sienta un mal punto de partida para sufrir un efecto sísmico pero es que, estamos dejando caer el peso del forjado en tabiques que, falsamente, sustituyen a los pilares y se comportan como si de un muro de carga se tratara.

Siguiendo con el tema de los paños de fachada encontramos que muchos edificios en aras de dar cumplimiento al CTE en lo que a aislamientos se refiere, pisan con la tabiquería las distintas láminas asegurando la correcta incorporación de las bandas pero creando un falso apoyo para con el forjado lo que, en caso de sismo, puede provocar un deslizamiento de la base y precipitar el paño hacia el interior de la vivienda o al vacío.

Sistemas constructivos frente a terremotos. Fábrica sobre aislamiento

Sistemas constructivos frente a terremotos. Fábrica sobre aislamiento

 

Cuando una mal entendida “optimización de obra” pasa por acortar esperas y reducir su número en pilares (las armaduras que han de ligar el elemento anterior con el siguiente por medio de solapes), la unión no alcanza la rigidez que se le presupone tornándose en un fabuloso problema cuando arremete en las cabezas de pilar unos grandes cortantes fruto de las aceleraciones horizontales que el terremoto provoca por mera aplicación de la 2ª Ley de Newton provocando la desconexión de ambos elementos.

Fallos estructurales ante el terremoto: esperas cortas

Fallos estructurales ante el terremoto: esperas cortas

En esta línea, separar los cercos excesivamente, provoca que los puntos de anclaje (puntos fijos) en las armaduras principales de los pilares, hagan aumentar la longitud de pandeo que pueden experimentar las barras si el hormigón circundante se suelta o se cae. He aquí un hecho importante dado que, aunque el hormigón haya partido por, pongamos por caso, un exceso de hormigón de recubrimiento que lo obligue a trabajar en tracción hasta que la armadura colaborante haga su trabajo, no tiene por qué caerse, simplemente, estará posado pero sin trabajar lo que a toda vista puede parecer un elemento seguro sin serlo. Con esta premisa se da el conocido efecto de “garrota de sismo” o “gancho de sismo” que se produce cuando el edificio pierde la verticalidad debido al empuje horizontal en una dirección y la armadura se alarga aprovechando su ductilidad y, en el retorno, no encuentra hormigón que la envuelva y acaba fallando por pandeo debido a su esbeltez.

 

Fallos estructurales ante el terremoto: "gancho de sismo"

Fallos estructurales ante el terremoto: “gancho de sismo”

A la hora del diseño, el proyectista también habrá de hacer gala de sentido común y esto es algo que debemos platearnos muy bien los técnicos ya que, en muchas ocasiones, carecemos de una visión de conjunto y nos centramos en un problema aislado del resto. Viendo una imagen tomada del catálogo de defectos del terremoto de Lorca se aprecia a simple vista el efecto que una incorrecta alineación de forjados puede provocar en edificios colindantes.

Fallos estructurales ante el terremoto: junta de separación y alineación de forjados

Fallos estructurales ante el terremoto: junta de separación y alineación de forjados

Conocidas las cotas estructurales del edificio colindante debe evitarse la ausencia de juntas de separación entre ambos y enfrentar forjados con paños de fábrica pues, en caso de encuentro dinámico, será menos problemático un choque entre testas de forjado que ente testa de forjado y paño heterogéneo.

¿Y qué decir de los conocidos pilares cortos que tanto dolor de cabeza trae a ingenieros ya arquitectos durante la estancia universitaria? En un caso de terremoto, este tipo de columnas de corta longitud se vuelven centros de hiperrigidez que asumen muchísimo más cortante que sus vecinos de mayor longitud por cuanto su esbeltez disminuye por la reducción en la longitud y en los vínculos externos en cabeza. Este tipo de soluciones arquitectónicas deben evitarse cuando es fácil prolongar muros de sótano hasta el encuentro con forjado y crear huecos de ventilación de anchura no superior a la tercera parte de la luz.

Fallos estructurales ante el terremoto: pilares cortos

Fallos estructurales ante el terremoto: pilares cortos

 

Desde este punto, una larga lista de soluciones constructivas entre las que pueden contarse cornisas insuficientemente rigidizadas y deficientemente unidas, elementos de ornato, antenas o paneles de información anclados a elementos no resistentes,  marquesinas y elementos volados con excesivo momento vinculados a elementos heterogéneos o unidos por medios insuficientes…, configuran un escenario propicio para que se dé una situación crítica frente a un terremoto.

Aquí se encuentra un tema espinoso cuando el fallo de estructuras se manifiesta y es el tema económico. Aseguradoras, Ayuntamientos, asociaciones de afectados, Consorcio… , comienzan a tirarse los trastos unos a otros y “poderoso caballero es don Dinero” que decía el bueno de Quevedo, consiguen llegar a acuerdos que distan mucho de motivaciones técnicas. Se acaban derrumbando estructuras perfectamente recuperables con bajas cuantías, el Consorcio paga gastos en obras que, tras el sismo, dejan ver desperfectos que vienen de años atrás y que ahora, simplemente, han dado la cara mostrando faltas de cuantías, recubrimientos inexistentes, armaduras oxidadas de años al liberarse del cascote de hormigón que dormía adherido a la barra sin realizar trabajo alguno… que hubieran correspondido a las aseguradoras de los agentes intervinientes y/o seguros decenales… Como se ve, ante un efecto devastador de la naturaleza como es un terremoto se pueden realizar muchas lecturas pero ¿hay algo que pueda hacerse?

Hoy por hoy, los geólogos, físicos, matemáticos, informáticos…. de los distintos Centros de Investigación están haciendo un magnífico trabajo en conocer y medir con precisión la corteza terrestre con el fin de saber más y aumentar la detección temprana. Los técnicos podemos aportar una ayuda que minimice estos efectos devastadores, catalogando y reformando preventivamente. Se podrán salvar vidas, salvaguardar patrimonio histórico y cultural y disminuir la carga de trabajo del consorcio y compañías aseguradoras a posteriori. Ingenieros y arquitectos tienen cualificación para afrontar este reto…, si se les permite trabajar.

Bibliografía

 

Instituto Geográfico Nacional

Código Técnico de la Edificación

GUÍA Metodológica de reparación estructural. Fhecor

Juan Monjo Carrió y otros, Patología y técnicas de intervención, Máster de restauración arquitectónica UPM, 1998

Patología de la construcción y restauro de obras, Enrique Zanni

Blog Estructurando (http://estructurando.net/)

 

 

Autor: JAVIER LUQUE 

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