COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LAS CONSTRUCCIONES MONOLÍTICAS INTEGRALES REALIZADAS CON LOS MOLDES PUJOL BARCONS

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2 COMPORTAMIENTO SÍSMICO DE LAS CONSTRUCCIONES MONOLÍTICAS INTEGRALES REALIZADAS CON LOS MOLDES PUJOL BARCONS Se analiza a continuación, de forma general, el comportamiento a sismo de las construcciones monolíticas integrales realizadas con los moldes PUJOL BARCONS. Además de la exposición inicial, se aportan dos informes diferentes, realizados ambos por ingenieros doctorados en la materia y que describen los rasgos principales de comportamiento de estas construcciones y sus características fundamentales. ANÁLISIS GENERAL Existen dos conceptos de gran importancia en el diseño sismoresistente de una estructura: la resistencia lateral y la ductilidad. La resistencia lateral se refiere a la capacidad resistente horizontal que es capaz de desarrollar una estructura antes de romperse. La ductilidad refleja la capacidad de absorción y disipación de energía que una estructura puede ofrecer antes de romperse. Las edificaciones, durante un sismo, son afectadas mayormente por los impactos horizontales creados por el movimiento de la tierra en el plano horizontal. Por lo tanto, las estructuras deben, de una y otra forma, disipar la energía que el movimiento del suelo le logra traspasar. El hormigón armado combina las propiedades mecánicas del hormigón y del acero, creadas para atender las solicitaciones de compresiones y flexo-tracciones respectivamente. Resistencia y ductilidad, que unidos a nuestro sistema integral y monolítico, hormigonando de una sola vez de muros, tabiques y forjados, forman un entramado de

3 elementos apantallados dispuestos en dos direcciones ortogonales continuas, a modo de cubo, que le confiere un comportamiento totalmente de flotación y sin que sufra daños ni roturas. Todo ello siempre que esté debidamente diseñado y construido, y aplicando, en todo momento, la normativa de construcción sismoresistente existente en la zona. Un edificio, según el ejemplo expuesto, sufriría muy pocos daños en caso de terremoto. Una losa flotante debidamente calculada y diseñada tiene un comportamiento antisísmico que proporciona una gran estabilidad y que permite que el propio edificio pueda quedar inclinado sin que sufra daños ni derrumbes internos. El edificio tiene el comportamiento de un cubo, formado por elementos estructurales en su totalidad, donde todas las caras pueden tener la misma resistencia, lo cual le permitiría tumbarse en diferentes posturas y no sufriría daños importantes. De este modo no habría derrumbes. Es importante destacar que son precisamente los derrumbes los que causan la muerte a las personas por aplastamiento y no los terremotos en sí mismos.

4 INFORMES APORTADOS INFORME ACERCA DE LA CAPACIDAD RESISTENTE A SISMO DEL SISTEMA CONSTRUCTIVO DE MOLDES PUJOL BARCONS. Autor: D. José L. de Miguel Rodríguez. Doctor Arquitecto. Catedrático de Estructuras de la Escuela de Arquitectura de la UPM. La capacidad resistente ante acción sísmica depende de una combinación afortunada de rigidez, resistencia y ductilidad, y en general de que la resistencia vaya por delante de la rigidez. Utilizando acero, el margen de ductilidad puede ser, para algunas configuraciones peculiares, muy elevado, pero en cualquier caso, da lugar a estructuras muy costosas. En muchas regiones, el coste final de la construcción obliga en la práctica a elegir una solución estructural en hormigón. Con hormigón, el margen de ductilidad es bajo, y con algunas soluciones prácticamente inexistentes. Es lo que sucede por ejemplo con la de losa o forjado sin vigas, sobre soportes puntuales. Dado que en derredor del soporte hay más hormigón que el estrictamente indispensable, el agotamiento del nudo se traduce en rótula para el soporte y no para el forjado. Debido a que los soportes, en compresión, no tienen fallo dúctil sino frágil, el conjunto presenta muy mal comportamiento a sismo. En algunos países, fuertemente castigados a sismo, como Méjico, la solución de losas pesadas y macizas debe complementarse necesariamente con muros de corte. No se gana en ductilidad, pero al menos se aumenta notablemente la resistencia. Con el sistema de moldes, todos los elementos de pared, tanto interiores como exteriores son estructurales, funcionando simultáneamente como soportes y muros de corte. Las losas de techo se encuentran sustentadas en todo el perímetro de cada habitación, por lo que puede ser relativamente finas. El efecto resultante es de una enorme rigidez.

5 Pero en lo que gana notablemente el sistema es que, dada la ingente cantidad de estructura, las tensiones originales son muy bajas, y la reserva de resistencia muy alta. Por otro lado, y no menos importante, la enorme rigidez permite la posibilidad de reducir la sensibilidad a cargas no uniformemente repartidas, y a los efectos de torsión. La pequeñez de las tensiones facilita una gran redundancia, por lo que el conjunto se hace muy tolerante al fallo, reduciendo la probabilidad de un fracaso global. Dada la enorme rigidez y sobredimensionado implícito de la solución de moldes, la consideración de acción sísmica no se traduce en un incremento de costo como lo que sucede en los tipos clásicos de pórticos, tanto en hormigón como en acero.

6 INFORME Q2 PROYECTOS, INGENIERÍA Y CONSULTORÍA S.L. Autores: D. Ricardo Martín Gosálvez. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. D. Hugo Carrión Moreno. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. La presente Memoria tiene por objeto describir, en términos generales, el comportamiento de las estructuras monolíticas construidas mediante el sistema de Moldes de Alta Precisión Pujol Barcons frente a acciones sísmicas. El sistema Pujol Barcons se puede definir como un método de construcción de estructuras de hormigón armado realizadas in situ empleando un molde que desempeña la función de encofrado para todos los elementos constituyentes de la edificación: losas, tabiques, petos, etc., dejando dispuestos los huecos de ventana o de puerta. El molde, fabricado con acero de alta resistencia, puede ser utilizado repetitivamente, lo que confiere a este sistema la capacidad de construir viviendas de forma industrializada. Este sistema constructivo posee una serie de características especiales que diferencian su concepción estructural respecto de lo que podemos llamar construcción prefabricada en hormigón ó tradicional. Dichas diferencias radican principalmente en los siguientes aspectos: Todos los elementos que componen la vivienda desempeñan una misión estructural, debido a que están fabricados con hormigón armado y se encuentran perfectamente conexionados, dado que la operación de hormigonado es única y conjunta para cada uno de los movimientos del molde, formando un solo bloque estructural. Las instalaciones de agua, luz, calefacción, etc., se disponen en el interior del molde antes del proceso de hormigonado. Al desencofrar el mismo, no es necesario abrir ninguna roza que podría debilitar el muro sobre el que se realiza.

7 Las luces de cálculo resultantes para las losas son, por tanto, pequeñas, y consecuentemente los esfuerzos asociados son también bajos; por otro lado, las tensiones en los distintos tabiques, para las alturas de proyecto, son de un orden de magnitud mucho menor a la resistencia a compresión del hormigón empleado. Las losas de forjado se comportan como empotradas en todo su contorno, por lo que se ven sometidas a unas flexiones mucho menores que en el caso de estructuras soportadas por pilares; esto permite reducir el canto de los forjados y por tanto su masa, aspecto importante en el comportamiento sísmico de la estructura. 1.- CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LOS EFECTOS SÍSMICOS EN LOS EDIFICIOS A.-CARACTERÍSTICAS DE LA ACCIÓN SÍSMICA El movimiento sísmico del suelo se transmite a los edificios que se apoyan sobre éste. La base del edificio tiende a seguir el movimiento del suelo, mientras que, por inercia, la masa del edificio se opone a ser desplazada dinámicamente y a seguir el movimiento de su base. Se generan entonces las fuerzas de inercia que ponen en peligro la seguridad de la estructura. La flexibilidad de la estructura ante el efecto de las fuerzas de inercia hace que ésta vibre de forma distinta a la del suelo mismo. Las fuerzas que se inducen en la estructura no son función solamente de la intensidad del movimiento del suelo, sino dependen en forma preponderante de las propiedades de la estructura misma. Por una parte, las fuerzas son proporcionales a la masa del edificio y, por otra, son funciones de algunas propiedades dinámicas que definen su forma de vibrar.

8 Las fuerzas de inercia que se generan por la vibración en los lugares donde se encuentran las masas del edificio se transmiten a través de la estructura por trayectorias que dependen de la configuración estructural. Estas fuerzas generan esfuerzos y deformaciones para los cuales la estructura ha de estar preparada para no poner en peligro la estabilidad de la construcción. Son especialmente críticas las fuerzas en las uniones entre los elementos estructurales, las fuerzas cortantes en los pilares y la transmisión de dichas fuerzas a la cimentación. B.- RESPUESTA DE LOS EDIFICIOS A LA ACCIÓN SÍSMICA La intensidad de la vibración inducida en un edificio por un terremoto depende tanto de las características del movimiento del terreno como de las propiedades dinámicas de la estructura. Las características esenciales de la respuesta se llegan a estimar con aceptable precisión al modelar la estructura mediante un sistema de un grado de libertad con período igual al fundamental de la estructura. La amplitud de la respuesta depende esencialmente de la relación entre el período del sistema y el período dominante del moviendo del suelo. Mientras más cercana a la unidad sea esta relación, mayor es la amplitud de respuesta. A medida que la intensidad de la excitación aplicada al edificio aumenta, se generan cambios en las propiedades dinámicas del mismo, las que alteran su respuesta. En términos generales, el comportamiento deja de ser lineal, la rigidez tiende a bajar y entran en juego fuentes de amortiguamiento mucho mayores que las que se tienen en la etapa de comportamiento lineal. Es costumbre relacionar este comportamiento de la respuesta debido a la disipación de energía por comportamiento no lineal de la estructura, a una propiedad llamada ductilidad, que indica la capacidad de mantener la resistencia para deformaciones muy superiores a aquella para la que se inició la fluencia. La ductilidad es una propiedad muy importante en una estructura que debe resistir efectos sísmicos, ya que elimina la posibilidad de

9 un colapso súbito de tipo frágil y, además, pone en juego una fuente adicional de amortiguamiento. Una parte importante del diseño sísmico consiste en proporcionar a la estructura, además de la resistencia necesaria, la capacidad de deformación que permita la mayor ductilidad posible. C.- DAÑOS ESTRUCTURALES MÁS COMUNES La causa más frecuente del colapso de los edificios es la insuficiente resistencia a carga lateral de los elementos verticales de soporte de la estructura (pilares). El flujo de las fuerzas de inercia desde las partes superiores hacia la cimentación genera fuerzas cortantes crecientes hacia los pisos inferiores de la estructura las cuales deben ser resistidas por los elementos verticales. Un requisito básico para una adecuada resistencia al sismo es la existencia de un área transversal de muros suficiente para resistir dichos cortantes. Las conexiones entre los elementos estructurales que tienen la función de resistir las fuerzas sísmicas son zonas críticas para la estabilidad de la construcción, especialmente las conexiones entre losas y muros en el Sistema Pujol Barcons son estudiadas y cuidadas en la etapa de diseño para que absorban y resistan sin problema las concentraciones elevadas de esfuerzos provocada por el sismo. La unión de la estructura con su losa flotante de cimentación y la de ésta en suelo son aspectos igualmente fundamentales para la estabilidad del edificio. 2.- DISEÑO SÍSMICO CON ESTRUCTURAS PUJOL BARCONS Los objetivos que se persiguen al dimensionar una estructura, y particularmente una estructura ejecutada con el Sistema Pujol Barcons son:

10 Evitar que se exceda el estado límite de servicio para sismos de intensidad moderada que puedan presentarse varias veces en la vida de la estructura. Que el estado límite de integridad estructural no se exceda ni para sismos severos que tienen una posibilidad significativa de presentarse en la vida de la estructura. Que el estado límite de supervivencia no se exceda ni para sismos extraordinarios que tengan una pequeña probabilidad de ocurrir. El cumplimiento de estos objetivos implica que la estructura posea una rigidez adecuada para limitar sus desplazamientos laterales y para proporcionarle características dinámicas que eviten amplificaciones excesivas de la vibración; que posea resistencia a carga lateral suficiente para absorber las fuerzas de inercia inducidas por la vibración; y que tenga alta disipación de energía mediante deformaciones inelásticas, lo que se logra proporcionando a la estructura de ductilidad. En el cálculo estructural de una estructura Pujol Barcons se detallan al máximo sus elementos y conexiones para proporcionarles gran capacidad de deformación antes del colapso. Como se ha dicho, todos los tabiques y cerramientos son resistentes y compuestos de hormigón armado. Esto hace que la estructura esté compuesta por un entramado de elementos apantallados dispuestos en dos direcciones ortogonales. Los muros de hormigón son elementos muy eficientes para absorber efectos sísmicos en los edificios, por su gran rigidez y capacidad a cargas laterales. El comportamiento de los muros difiere en forma importante dependiendo de su relación altura total a longitud (H/L). En muros bajos (H/L<2) rigen principalmente los efectos de cortante; la resistencia y rigidez a cargas laterales son muy elevadas por la preponderancia de los efectos de cortante. Con un refuerzo vertical y horizontal adecuado se limita el deterioro de la capacidad ante cargas repetidas. El comportamiento mejora además sustancialmente con el Sistema Pujol Barcons ya que los muros están rodeados por marcos robustos de hormigón que actúan como diafragma de éste. Los muros esbeltos (H/L>2) actúan esencialmente como vigas en voladizo; la carga axil sobre ellos es generalmente pequeña y dominan los esfuerzos de flexión.