Terremoto Earthquake y los mecanismos sismoresistentes en estructuras metálicas


2650716_640pxHola mentes inquietas

La mayoría seguro que habréis leído el post anterior sobre el workshop que se va a celebrar en Madrid sobre aplicaciones basadas en acero para estructuras sismoresistentes, si no, os animo porque creo que va a ser bastante interesante. Como os dije yo voy a asistir a ver que hay de nuevo en este apasionante mundo del earthquake.

Yo pasé por una maravillosa infancia marcada por los comentarios del gran Hector del Mar, narrando esos míticos combates de WWF entre Hulk Hoogan y Terromoto Earthquake. Decía el gran comentarista que: “este mastodonte provoca terremotos a su paso” y con sus sentadillas hacia temblar el ring. Por eso, hoy os quiero hablar un poco de diseño de estructuras metálicas contra el sismo, para amortiguar y disipar temblores no deseados que la pongan en peligro.

Porque muchas veces perdemos de vista cuales son los objetivos que tiene que alcanzar nuestra estructura durante un terremoto y claro, nos pensamos que nuestra estructura tiene que aguantar en pie (que lo tiene que hacer) después de un sismo, pero en nuestra cabeza ronda la imagen de ésta intacta, sin ningún daño. Hecho que si durante un sismo es alcanzado, no es malo por supuesto, pero probablemente esa estructura que se mantiene en pie y sin daños es porque esta diseñada para un evento sísmico mayor.

Por mucho que los ingenieros nos obcequemos en pensar que nuestras estructuras son maravillosas y que aguantan lo que le echen, un terremoto es una fuerza de la naturaleza, y como tal, es imparable e impredecible. Por este motivo si las diseñáramos para resistir cualquier terremoto que les llegara, físicamente serían posibles, pero económicamente serían inviables. Se hace necesario entonces balancear las 2 situaciones, economía y resistencia, es decir, que nuestra estructura permanezca íntegra durante todo el terremoto aunque se produzcan deformaciones en un momento dado.

Todo este concepto de diseño está recogido en normas de todo el mundo, muy especialmente en aquellos lugares en los que la actividad sísmica es alta. Todo lo que voy a contar de aquí en adelante, va a estar relacionado con la norma americana AISC, no por nada en concreto, lo habría hecho con el EC8, pero no la he encontrado, creo que no es descargable gratuitamente, por lo menos el EC3 hay que ir a la página de AENOR y pagar… absurdo para una norma…

Vamos a olvidarnos para esta entrada de aparatos de antisísmicos para estructuras, y vamos a centrarnos en estructuras que sean capaces mediante su esqueleto de disipar la energía que le llega. La norma de acero americana establece 3 mecanismos que permiten que las fuerzas laterales actuantes sean absorbidas por el acero haciendo uso de la facilidad que tiene este para deformarse sin romperse, es decir, utilizando el concepto de ductilidad. Estos mecanismos son:

  • OMF: Ordinary Moment Frame. Este tipo de mecanismo sismoresistente es utilizado en zonas de 0 o muy baja sismicidad. Se confía en la ductilidad del material y en la resistencia postcrítica que se desarrolla en el acero una vez que empiezan a aparecer las primeras deformaciones plásticas.
  • IMF: Intermediate Moment Frame. Se usa en zonas de sismicidad baja a intermedia. La diferencia con el anterior, es que este tipo de mecanismo requiere de las uniones prescritas por la norma para el desarrollo de los mecanismos sismoresistentes permitiendo un giro en uniones en entreplantas de 0.02 radianes. También se pueden utilizar uniones que hayan pasado el test establecido por norma.
  • SMF: Special Moment Frame. Se usa en zonas de sismicidad media a alta. Este mecanismo en parte es como el anterior, requiere de uniones prescritas por la AISC o que hayan pasado un test acorde pero permiten un giro en uniones en entreplantas de 0.04 radianes.

Desain Strong Column Weak BeamTodos los expertos en la materia estarán pensando que estos mecanismos no son ni mucho menos lo efectivo que son los arriostramientos, tanto metálicos como mediante muros de hormigón armados. Pero a cambio, estos mecanismos permiten crear espacios más diáfanos y más aprovechables, mientras que los arriostramientos suponen barreras arquitectónicas que para promotores y propietarios no son deseables.

Pero vayamos a la parte técnica de estos mecanismos que es lo que de verdad quiero tratar hoy aquí. El diseño sísmico aprovecha la ductilidad del acero para crear rótulas plásticas en ciertos puntos de nuestro entramado y que la estructura mantenga su integridad durante el terremoto. Los mecanismos sismoresistentes que hemos descrito anteriormente son calculados para respetar este principio. Pero las rótulas plásticas son caprichosas, escurridizas e inicialmente impredecibles donde van a aparecer. Para nuestro mecanismo, es indeseable que las rótulas se produzcan en pilares, por eso, y para redirigir estas rótulas plásticas hacia nuestros dinteles, se utiliza la filosofía de diseño SCWB (Strong Column – Weak Beam), que si pensamos en lo que significa, es completamente lógica, si mis columnas son capaces de absorber más momento plástico que nuestras vigas, es relativamente fácil que las escurridizas rótulas plásticas se produzcan en los dinteles, manteniendo la integridad de nuestra estructura y permitiendo por tanto su evacuación y posible reparación y reutilización.

uniones_IV_atornillada_4048En el desarrollo de estos mecanismos juega un papel especial las uniones, pero en ese tema no vamos a entrar, ya que os dejo aquí en este enlace, la norma AISC 358-05 en la que se prescriben, dependiendo del tipo de mecanismo a desarrollar, un tipo de unión u otra.

No pretendo sentar cátedra con este post, ni mucho menos, ademas he encontrado un documento presentado en la World Conference Earthquake Engineering de 2012 en la que se presenta el comportamiento de esté método de diseño en estructuras mixtas, que no es el caso que estamos debatiendo aquí, pero que si describe esta filosofía como tal.

Opino que el estar en un país en el que la actividad sísmica no es grande, nos hace estar un poquito traseros en lo que a investigación se refiera en este campo, solo hay que ver la norma americana AISC y la norma española que están a años luz una de otra. También pensándolo fríamente, con el nivel de actividad que tenemos, tenemos una normativa con un volumen acorde.

La internacionalización obligada que estamos sufriendo los ingenieros, nos hace tener que estar al día en lo que se refiere a normas, acciones y otras características particulares de estructuras a las que tengamos que enfrentarnos en otros países, por eso, yo creo que tengo mucho que aprender (en todos los campos por supuesto) sobre todo en este campo. Ya de paso, quisiera matizar unas palabras del post sobre el workshop, en las que decía que aparentemente la actividad sísmica mundial está aumentando. Quisiera mencionar en este punto a Eduardo Fernández de la Pradilla, que en Linkedin me enlazó en un comentario a una dirección en la que explicaba que ese dato no era cierto. Quizás en esa frase no me expresé bien, cuando dije aparentemente, me refería a que hoy por hoy gracias a la TV y a las RRSS nos enteramos todos los días de algún terremoto y todo esto crea incertidumbre en la población en general, por eso los ingenieros debemos estar preparados para responder y solucionar todos estos problemas. Os dejo el enlace también de la estadística que explica esto que comentaba Eduardo.

Gracias como siempre por vuestra atenta lectura. No soy muy experto en este tema y espero de algunos de vosotros vuestros comentarios agregando o incluso quitando cosas que no sean correctas.

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