miércoles, 1 de agosto de 2012

LA PLANTA LIBRE EN LOS EDIFICIOS: CONFIGURACIÓN MODERNA GENERADORA DE IRREGULARIDAD SÍSMICA

Presentado en las XXX jornadas de investigación del IDEC

L. Teresa Guevara Pérez
Facultad de Arquitectura y Urbanismo, Universidad Central de Venezuela, Caracas.



Resumen

La irregularidad en la configuración es uno de los factores que se incluyen actualmente en la mayoría de las normas sísmicas para definir el procedimiento de análisis que se aplicará en el diseño sismorresistente de los edificios. Estas irregularidades se deben generalmente a decisiones arquitectónicas tomadas en el diseño original del edificio, o en remodelaciones posteriores. Las normas establecen dos categorías de irregularidades: en planta y en alzado. Entre los tipos en alzado se han establecido: piso blando (distribución irregular de la rigidez) y piso débil (distribución irregular de la resistencia). Ambas configuraciones se conocen en términos arquitectónicos como planta libreEl origen arquitectónico de estas configuraciones se deriva principalmente de los postulados de la arquitectura moderna que se establecieron desde mediados del siglo XX y se adoptaron mundialmente tanto en zonas no sísmicamente activas como activas. 

Ante los numerosos informes que después de los sismos han reportado daños severos y hasta el colapso de edificios con estas configuraciones se inició la investigación que se resume en esta ponencia. El objetivo principal es definir cómo se puede lograr pasar del conocimiento académico a la práctica profesional para evitar la manera en que hasta ahora se ha tratado el diseño y construcción de edificios con las configuraciones estudiadas. Se examinó: el origen arquitectónico de las configuraciones, las razones para su difusión internacional, las normas urbanas que promueven su uso, los conceptos y normas que definen su comportamiento ante sismos. Como resultado se presentan una serie de recomendaciones tanto arquitectónicas como estructurales.

Palabras clave: piso blando y piso débil, configuración sísmicamente irregular, arquitectura moderna

Introducción

En términos de arquitectura moderna se conoce la planta libre como un piso del edificio en el que la mayor parte de su espacio interior no presenta paredes o muros rígidos, inamovibles o difíciles de remover. La serie de ventajas tanto estéticas como funcionales que proporciona este concepto de diseño arquitectónico ha sido la causa por la que internacionalmente desde principios del siglo XX se ha estimulado y en algunos casos hasta se obliga su uso a través de las normas de zonificación urbana (NZU) en gran parte de las ciudades contemporáneas. La planta libre ha sido ampliamente utilizada tanto en zonas que nos son sísmicamente activas como en las que sí lo son, generando innumerables edificios con irregularidades estructurales identificadas en las normas sísmicas como de los tipos piso blando y piso débil, con los consecuentes efectos desastrosos cuando ocurre un sismo.

Estos dos conceptos suelen confundirse y a veces hasta usarse como sinónimos aun cuando cada uno de ellos está relacionado con una característica física de la estructura de tipo diferente: el piso blando o piso flexible con la rigidez y el piso débil con la resistencia a las fuerzas producidas por los sismos.

El objetivo principal de la investigación que se llevó a cabo, fue estudiar las estrategias para subsanar las discrepancias entre arquitectos y urbanistas por un lado, e ingenieros estructurales por el otro, en cuanto al significado profesional en el uso de esta configuración arquitectónica-estructural y las estrategias para que se llegue a un entendimiento para reducir la vulnerabilidad sísmica de los edificios, tanto a ser diseñados y construidos, como las existentes.

Se estudió: (1) el origen y la evolución de la configuración arquitectónica, conocida como planta libre, en la ciudad contemporánea; (3) la identificación histórica de esta configuración como causante de vulnerabilidad sísmica; (4) los conceptos estructurales que identifican a la planta libre como sísmicamente irregular; (5) la identificación de diferentes configuraciones arquitectónicas que se consideran dentro los tipos de piso blando y piso débil y sus efectos en los edificios cuando ocurre un sismo significativo; (6) las normas urbanas de ciudades contemporáneas que estimulan el uso de esta configuración; y (7) ejemplos emblemáticos de edificios cuyos daños ante sismos se identificaron como causados por la irregularidad de sus configuración. Se incluye en esta ponencia un resumen de este estudio y algunas de las observaciones y recomendaciones que se derivaron de él.

1 El origen y la evolución de la configuración arquitectónica tipo planta libre


La configuración arquitectónica planta libre, tan común en la ciudad contemporánea, se deriva principalmente de tres de los cinco puntos para una nueva arquitectura de Le Corbusier (LC) que definen los postulados de la arquitectura moderna: (1) los pilotis: son columnas muy esbeltas en la planta baja (PB), o piso a nivel de calle que se deja libre de paredes, con lo cual se crea una especie de espacio “vacío” entre el terreno y la primera planta habitable, dando la sensación de que el edificio flota en el aire y permitiendo la circulación peatonal a través de este espacio; (2) la planta libre: se traduce en una planta de arquitectura sin ningún, o muy pocos, muros o paredes inamovibles, dando mayor libertad para la disposición de las actividades que allí se realizan y eliminando las restricciones de diseño arquitectónico que imponía en los edificios tradicionales la presencia de muros estructurales; (3) la fachada libre: libre de muros estructurales, que permite una mayor flexibilidad en el diseño, distribución y uso de materiales para el cerramiento exterior del edificio, y hasta la opción de prescindir de éstos.

La instauración internacional de los postulados modernos se realizó a través del Congreso Internacional de Arquitectura Moderna (CIAM) que se celebró desde 1928 hasta su disolución en 1959. Estos postulados se fundamentaron en el uso de los nuevos materiales de construcción y estructuras porticadas de concreto reforzado que se venían desarrollando desde finales del siglo XIX y que hicieron factible la construcción de edificios soportados por columnas muy esbeltas, dejando de lado el sistema estructural de muros que predominó hasta principios del siglo XX. En la figura 1  (Guevara 2012, p. 232) LC con sus gráficos compara aspectos de la arquitectura tradicional y de la moderna propuesta por él; en la parte superior a la izquierda, entre los cinco puntos de la arquitectura moderna, se destacan los tres puntos que están vinculados con las configuraciones estudiadas, y a la derecha ilustra las ventajas que proporciona la PB libre de la propuesta moderna y las desventajas en los edificios tradicionales: muros portantes funcionalmente inflexibles. En la parte inferior,  compara el diseño “paralizado” e inalterable (plan paralysé) de los edificios tradicionales y algunas de sus desventajas: insalubridad, ineficiencia y desperdicios, con el diseño moderno: una estructura independiente, planta y fachada libres, y algunas de sus ventajas: economía, higiene y circulación peatonal separada de la circulación vehicular.

Figura 1. LC compara las desventajas de la arquitectura tradicional y las ventajas que proporciona la configuración tipo planta libre

Desde principios del siglo XX los arquitectos e ingenieros de Japón habían comenzado a usar estructuras de concreto reforzado y de acero, y las configuraciones arquitectónicas que en ese momento se imponían en Europa y EE.UU. Pero también los especialistas en ingeniería sismorresistente comenzaron a notar que la planta libre podía influir en el comportamiento de los edificios ante los sismos. Se resume a continuación los párrafos vinculados con el tema tratado de la sección Crónica sobre la influencia de la configuración en el desempeño sísmico en Guevara (2009, pp. 58-73).

Según Freeman (1932, p. 711), después del sismo de Kanto, Japón de 1923, Tachu Naito, reconocido ingeniero y profesor de arquitectura en la Universidad de Waseda en Tokio, presentó en el boletín de junio de 1927 de la Sociedad Sismológica de EE.UU. un resumen en inglés de su libro escrito en japonés, considerado un tratado sobre diseño sismorresistente. De los cuatro principios fundamentales propuestos por Naito con relación a aspectos de la configuración, dice el punto 3: “Se deben usar paredes rígidas abundantemente y se deben disponer simétricamente en planta y continuas en toda la altura del edificio”. Estos principios no trascendieron ni en EE.UU. ni en la mayoría de los países ubicados en zonas sísmicas que seguían el modelo de los edificios flexibles. Las ciudades importantes de estos países crecían aceleradamente incorporando a las zonas urbanas las edificaciones con estructuras flexibles y paredes no estructurales de bloques de arcilla, más rápidas de construir y más económicas que las rígidas propuestas por los japoneses, que además les permitieron seguir las tendencias del movimiento moderno europeo, que venían predominantemente de Francia y Alemania, y luego su posterior desarrollo en el este de EE.UU., a través del estilo internacional, que se extendió a otras ciudades que estaban en pleno crecimiento. Estas tendencias arquitectónicas fueron desarrolladas originalmente por profesionales que venían de zonas que no habían sido afectadas por sismos.

A mediados del siglo XX ya se habían comenzado a aplicar disposiciones para el diseño de edificios sismorresistentes en países ubicados en zonas sísmicamente activas y que estaban creciendo con los patrones arquitectónicos modernos. A principios de los años sesenta los edificios modernos de varias ciudades nuevas habían sido afectados. En Caracas, capital de Venezuela, debido a los ingresos petroleros, a partir de los años cincuenta se produjo un acelerado crecimiento en cuanto a edificios altos y modernos y se habían aplicado las técnicas constructivas para estructuras de concreto reforzado desarrolladas en EE.UU. y las tendencias de la arquitectura moderna en boga para ese momento en todo el mundo.

El sismo de Caracas de 1967, aun cuando el número de edificaciones que colapsaron fue reducido, produjo mucho daño estructural y no estructural y se convirtió en un importante laboratorio de prueba de los conceptos de ductilidad para el diseño y construcción de edificaciones sismorresistentes (ESR) de concreto reforzado que para ese momento se discutían en EE.UU. Asimismo fue de gran importancia desde el punto de vista urbano pues se puso de manifiesto la relación entre las características dinámicas del suelo local y el comportamiento de los edificios. En los innumerables informes técnicos emanados de los comités de expertos que evaluaron los daños producidos por dicho sismo, se insistió en la presencia de ciertas configuraciones arquitectónicas que se repetían en la mayoría de los edificios dañados, entre otros, el uso de plantas bajas libres, generando pisos flexibles.

R. Hanson y H. Degenkolb (1975. p. 309), comentan:

La mayoría de los departamentos altos tenían muchas divisiones de bloque hueco y muros exteriores del mismo material que actuaron como muros de cortante, al menos hasta que fallaron los bloques huecos. Sin embargo, la planta baja se usaba a menudo como área comercial o como estacionamiento de automóviles, de tal modo que los muros de bloque hueco no se prolongaban hasta el suelo. Esto concentró las fuerzas, la deformación y la absorción de energía en el primer piso, con el consecuente daño en ese punto. Existe una fuerte tendencia arquitectónica en todo el mundo a dejar la planta baja abierta, es decir, a colocar el edificio como si estuviera sobre “zancos”. Como señaló un ingeniero estructural: “A los arquitectos les gusta construir sus edificios sin medios visibles de apoyo”. No se puede enfatizar más el hecho de que los requerimientos sísmicos reglamentarios en uso no están basados en este tipo de distribución dinámica de rigidez, y se pueden esperar grandes problemas potenciales en estos edificios construidos con los mínimos requisitos reglamentarios en áreas sujetas a grandes sacudimientos sísmicos. Los daños en muchos edificios de Caracas son una gran advertencia sobre lo que podría suceder en la costa occidental de los Estados Unidos.

Todavía veintitrés años después de este sismo se recordaban estas “lecciones no aprendidas”. En el suplemento del Código Nacional de la Construcción de Canadá de 1990 se menciona (Canadá, 1990, p. 215):

Las fallas en algunos edificios en el sismo de Caracas del 29 de julio de 1967 fueron causadas por las paredes de bloques, las cuales actuaron como muros estructurales, cambiando así la rigidez de los pórticos que había sido asumida en el diseño original.

A principios de los años setenta del siglo XX, se había corroborado empíricamente que las edificaciones modernas, con formas que no cumplían con las condiciones básicas de regularidad antes mencionadas, eran propensas a mayores daños que las que eran regulares. Sin embargo, hasta entonces no se habían incluido en las normas los parámetros relacionados con este tema para el diseño y construcción de ESR. Se concluyó que esto se debía en gran parte a las dificultades para definir analíticamente en qué límites la edificación deja de ser regular, y para determinar por los métodos tradicionales el posible comportamiento que pudieran tener estas edificaciones ante las acciones de los sismos que podían afectarle durante su vida útil. En California, durante esa década se inició entre los investigadores, tanto arquitectos como ingenieros, el estudio sistemático de los efectos que podía generar la irregularidad de la configuración arquitectónica en el comportamiento sismorresistente de las edificaciones; un grupo de académicos y asociaciones de profesionales vinculados con el diseño de ESR, iniciaron una campaña para que se incluyeran en los reglamentos de diseño y construcción, los parámetros y los valores que identifican las configuraciones irregulares y para establecer métodos especiales para el análisis de aquellas que se reconocieran como tales. 

El sismo de San Fernando, California, en 1971, aunque tuvo una magnitud moderada de 6,6 en la escala de Richter, produjo grandes pérdidas económicas y daños significativos en los edificios. La infraestructura hospitalaria fue severamente afectada. El edificio de tratamiento, consulta y hospitalización de uno de los grandes complejos hospitalarios, el Olive View en Sylmar, cerca de San Fernando, sufrió graves daños en los dos pisos bajos donde se produjo piso blando y piso débil y fue uno los causantes de la mayoría de las víctimas mortales. Este edificio se había terminado de construir en 1970 como modelo de edificio que cumplía con los preceptos estructurales de las normas sísmicas vigentes. En 1979 el sismo de Imperial Valley en California, produjo daños en el edificio de Servicios Administrativos del Imperial County, diseñado según los preceptos arquitectónicos del movimiento moderno y su estructura cumpliendo con los preceptos contenidos en las normas sísmicas más avanzadas para el momento, sufrió daños considerables antes de ser ocupado y tuvo que ser demolido debido a los efectos que se produjeron por una configuración arquitectónica inadecuada. En la sección Ejemplos de casos emblemáticos, se describen en detalle estos dos casos.

Con referencia a las influencias arquitectónicas del movimiento moderno en el comportamiento de los edificios en el sismo de El-Asnam, Argelia, y la presencia de plantas libres, en 1981, M. Wang, profesora de Arquitectura de la Universidad de California en Berkeley, en el artículo Dogma estilístico versus resistencia sísmica: La contribución de los preceptos modernistas a un desastre argelino (Wang, M. 1981), publicado en la revista del American Institute of Architects (AIA), expuso:

Casi todos los arquitectos educados en el mundo occidental están familiarizados con los cinco puntos de la nueva arquitectura, la cual Le Corbusier publicó en sus “Ouvres Complètes”. (…) Mientras “los cinco puntos” han sido los causantes de acelerar las palpitaciones de los corazones de muchas generaciones de arquitectos, para los ingenieros y otros especialistas en edificaciones sismorresistentes tienen más connotaciones siniestras, puesto que ellos identifican los pilotis como “pisos blandos” los cuales han sido la causa principal de la falla de docenas de edificios modernos en sismos que han ocurrido en todo el mundo. (...) En la ciudad de El-Asnam, la cual había sido casi totalmente reconstruida tan sólo hacía 20 años (después del sismo de 1954), el 80 por ciento de las estructuras fue destruido [por el sismo de 1980]. Esta vez la mayoría eran edificaciones modernas de concreto reforzado. (…) Un equipo de investigadores especialistas en sismorresistencia de EE.UU. [del cual la autora de este artículo era miembro] concluyeron: “El colapso de estos edificios no ocurrió debido a que no fueran estructuras ingenieriles o porque se economizó en el uso de materiales estructurales. El colapso ocurrió debido al hecho de que los edificios no estaban diseñados ni desde el punto de vista arquitectónico ni ingenieril para los efectos de los fuertes movimientos del suelo debido al sismo”.

V. Bertero et al., (1983, pp. 6-3)  remarcan lo siguiente:

Estos estilos muestran una falta de preocupación sobre la importancia de la simetría en la distribución de la masa del edificio y de los elementos del sistema de resistencia sísmica, o del peligro de utilizar paredes de corte en los pisos superiores de la edificación que llegan sólo hasta el segundo nivel creando plantas bajas abiertas (piso blando o flexible). En muchos casos, la alternativa de una configuración basada sólo en el estilo arquitectónico produjo edificaciones con irregularidades en planta y en elevación; cambios repentinos en la distribución de la masa, rigidez, resistencia y ductilidad; torsiones excesivas; pisos blandos; o voladizos descabellados, de gran longitud.

El sismo de Michoacán, México, de 1985, dejó muchas lecciones y constituyó un hito en en cuanto al papel de los arquitectos y urbanistas en la vulnerabilidad de la ciudad en general y las edificaciones en particular. Se realizaron varios talleres para analizar las lecciones derivadas de dicho sismo, en los que participaron ingenieros, arquitectos, planificadores urbanos, geólogos, ingenieros geotécnicos y otros profesionales tanto de México como de EE.UU. Posteriormente en la edición de 1998 del Uniform Building Code (UBC 1988) norma sísmica de California que sirvió de base internacional para el desarrollo de las normas sísmicas de numerosos países, se introdujeron cambios significativos y por primera vez se incluyó la identificación del piso blando y el piso débil en la tabla de irregularidades en alzado para establecer el método especial de análisis que se debía aplicar en el diseño de la estructura. En los sismos de Loma Prieta en 1989 y Northridge en 1994, ambos en California, Kobe en Japón, 1995, y Chi-Chi en Taiwán, 1999, se volvió a poner en evidencia la relación entre el uso de la planta libre y los efectos en los edificios dañados. Los efectos de los sismos de los años 1980 y 1990 produjeron un cambio drástico, no sólo en las normas sísmicas, sino en el paradigma del diseño de ESR. Otra serie de sismos destructores han ocurrido desde principios del siglo XXI, que han afectado grandes zonas de ciudades contemporáneas y edificaciones modernas, que una vez más puso en evidencia la gran influencia que la decisiones arquitectónicas y urbanas tiene en la vulnerabilidad sísmica de las ciudades.

Con el fin de restringir aún más el uso del piso blando y del piso débil, en la más reciente generación de normas sísmicas de EE.UU., (NEHRP, ASCE 7, e International Building Code (IBC), se incorporaron dos nuevos tipos en la tabla de irregularidades en vertical. Como ejemplo el cuadro 12.3-2: Vertical Structural Irregularities en el ASCE/SEI 7-10, (p. 83) ilustra estos nuevos tipos: (1) rigidez - Piso blando extremo (Stiffness Irregularity - Extreme Soft Story), y (2) resistencia – Piso débil extremo (Lateral Strength - Extreme Soft Story). Estos criterios han servido como base para el desarrollo de los reglamentos o normas para el diseño de edificaciones sismorresistente de muchos países alrededor del mundo, en los que se han ido incorporando disposiciones relacionadas con las irregularidades en la configuración aquí tratadas.

2 Los conceptos estructurales que identifican a la planta libre como irregularidad en el comportamiento sísmico de los edificios

En un edificio regular, si la masa es uniforme en la altura del edificio, las fuerzas inducidas por un movimiento sísmico tienden a distribuirse mediante un patrón uniforme y continuo. Las fuerzas inerciales (Fi) en los pisos superiores serán mayores que en los inferiores debido a que la aceleración aumenta con la altura. Cuando la estructura se ve sometida a las fuerzas horizontales se genera un desplazamiento relativo, o deriva (D), entre la losa de un nivel y la del nivel inmediato; los desplazamientos se manifiestan principalmente como fuerzas cortantes (Vi) que se oponen a la fuerza cortante basal  (Vs) y como efectos de flexión o momentos flectores (Mi). Como se ilustra en la figura 2, el cortante (Vi) en cada piso es igual a la suma de la fuerza horizontal en ese piso más las fuerzas horizontales que actúan en los pisos superiores.

Figura 2. Fuerzas laterales y cortantes generadas en el edificio debido al movimiento del terreno.

El piso blando se refiere a la existencia de un nivel o piso del edificio que presenta una rigidez significativamente menor que el resto de los pisos del edificio; por ello se le llama también piso flexible; generalmente se debe a decisiones arquitectónicas en cuanto a la ubicación de paredes no estructurales rígidas que se adosan a las columnas. Cuando existe una planta libre y no se toma en cuenta en el análisis de la estructura esta diferencia de rigidez entre ese piso y los pisos superiores, modifica el concepto estructural original del edificio. En cambio, el piso débil tiene que ver con la capacidad del edificio para resistir sin fallar ante las acciones sísmicas debido a la diferencia entre la resistencia de los componentes estructurales de un piso y la de los pisos superiores; generalmente se debe a un diseño estructural inapropiado.

Cuando ocurre un sismo, si el edificio presenta una porción más flexible en un piso que en el resto de los pisos superiores, su deriva (D) será mayor y, por lo tanto, la mayoría de la energía de entrada será absorbida por esa porción más flexible y la restante será distribuida entre los pisos superiores más rígidos. Si el edificio presenta una planta libre, principalmente en alguno de los pisos inferiores, gene­ralmente los componentes estructurales de ese piso se verán sometidos a grandes deformaciones. El comportamiento inelástico se concentra en la zona de la irregularidad. En la figura 3,  se ilustra la diferencia entre la deformación lateral de un edificio con una distribución homogénea de la rigidez en altura (a) y uno con la planta baja libre (b).

Figura 3. Distribución del desplazamiento total generado por un sismo en: (a) un edificio regular; y (b) un edificio con planta baja libre.


Si esta condición no se prevé en el diseño estructural desde el principio, se pueden producir daños irreparables tanto en los componentes estructurales como en los no estructurales de ese piso, pudiendo provocar el colapso local y, en algunos casos, hasta el colapso total del edificio. La planta libre puede estar presente en la PB o en un nivel intermedio.

Como se mencionó anteriormente, al inicio del siglo XXI, la mayoría de las normas sísmicas vigentes internacionalmente siguen los parámetros con relación a las irregularidades de los edificios que se establecieron inicialmente en EE.UU. en el Uniform Building Code de 1988 (UBC-88). Para identificar la presencia de las irregularidades estudiadas en esta ponencia a los efectos de establecer el método de análisis estructural y el valor de la fuerza cortante que se utilizará, se establece ASCE/SEI 7-10, (p. 83): (a) el piso blando está presente “Cuando la rigidez ante fuerzas horizontales de un piso es menor del 70 por ciento pero superior o igual al 60 por ciento de la rigidez del piso superior o menor del 80 por ciento pero superior o igual al 70 por ciento del promedio de la rigidez de los tres pisos superiores”; y (b) el piso débil está presente, “Cuando la resistencia del piso es menor del 80 por ciento de la del piso inmediatamente superior, entendiendo por resistencia del piso como la suma de las resistencias de todos los elementos que comparten el cortante del piso para la dirección considerada”. 

Con el fin de restringir aún más el uso de estas configuraciones, a partir del NEHRP 1997 (BSSC, p. 60) se incorporó en la tabla de irregularidades en alzado un nuevo tipo, el piso blando extremo (Extreme Soft Story) y se prohibió su uso cerca de las fallas activas; se define así:  “Cuando la rigidez ante fuerzas horizontales de un piso es menor del 60 por ciento de la rigidez del piso superior o menor del 70 por ciento del promedio de la rigidez de los tres pisos superiores.” Y, a partir del International Building Code 2006 (IBC-06) y del ASCE 7-05, en el capítulo 12 se incorporó el piso débil extremo (Extreme Weak Story) definido así: “Cuando la resistencia lateral del piso es menor que el 60 por ciento de la rigidez del piso inmediatamente superior, entendiendo la resistencia del piso como la suma de las resistencias de todos los elementos que comparten el cortante del piso para la dirección considerada.”

Las tan usadas plantas bajas libres son el ejemplo más común de formación de estas irregularidades; los apartamentos residenciales u oficinas se distribuyen en los pisos superiores, mientras en el piso más bajo se ubica los estacionamientos para los vehículos y/o las zonas sociales que requieren espacios amplios y libres, total o parcialmente, de tabiquería interior. Generalmente el piso blando está presente en los edificios residenciales modernos construidos con sistema estructural porticado donde la presencia en los pisos superiores de componentes rígidos no intencionalmente estructurales, como es el caso de las paredes de albañilería, adosados a los componentes estructurales flexibles y la ausencia de estas paredes en la PB modifica el comportamiento de los componentes estructurales en este piso, por lo que los pisos superiores conformarán un volumen superior de mayor rigidez y mayor masa y así prácticamente toda la deformación lateral se concentrará en la PB. El piso débil generalmente se produce cuando debido a la ausencia, desplazamiento o reducción de tamaño de los componentes de resistencia a las fuerzas laterales en un piso, se interrumpe el flujo de fuerzas hacia las fundaciones. El piso débil se puede generar como se ilustra en la figura 4, debido a: (a) la eliminación o debilitamiento de componen­tes de resistencia sísmica en la PB, como se muestra en los dos primeros casos; y (b) en los sistemas mixtos o duales de pórticos y muros estructurales, al interrumpir la continuidad de los muros en la PB, como se muestra en el tercer caso. Estos casos se pueden presentar en pisos intermedios tam­bién.

Figura 4. Casos de generación de piso débil en la planta baja de los edificios.

En el caso de las plantas bajas libres con gran altura, las columnas son muy flexibles, no sólo debido a la total o parcial ausencia de componentes rígidos, sino como resultados de ser significativamente más alta con relación a las de los pisos superiores. Esta configuración arquitectónica es uno de los modelos característicos de los diseños modernos para oficinas, hoteles y hospitales, en los que no sólo se diseña los pisos de acceso al público, libres de muros, sino que generalmente este nivel, debido a su importancia, tiene mayor altura de entrepiso que la del resto de los pisos, en los que se ubican las oficinas o las habitaciones. Existen numerosos casos de edificios que presentan una combinación de estos dos tipos de irregularidad, piso blando y piso débil, lo que los hace particularmente vulnerables sísmicamente. Otro caso particular de los antes mencionados, muy común en edificios de ofici­nas de finales del siglo XX y con gran influencia del estilo post mo­derno, son aquellos en los que se impone la desco­nexión parcial o total entre componentes estructu­rales me­diante la elimina­ción de algunos de ellos. Si los componentes estructurales no son capaces de resistir las deformaciones que se generan en estas plantas libres, se genera un piso débil. En la figura 5 (Guevara 2012, pp. 237-238.) se muestran los casos de PB de gran altura.

Figura 5. Esquema de edificio moderno con PB de gran altura; la entrada del Ministerio de Educación de Brasil en Río de Janeiro (Foto: Jose Luis Colmenares); esquema y foto de desconexión parcial o total entre componentes estructurales (Foto: Klaudia Laffaille).

En la mayoría de los sismos de las ciudades contemporáneas se presentan casos de colapso por piso blando y piso débil en la PB. La figura 6 presenta tres ejemplos de daños severo reciente debido a este tipo de configuración. 

Figura 6. Tres ejemplos recientes de daños severos atribuidos a los efectos de piso blando y piso débil: a la izquierda, L’Aquila, Italia, 2009 (Fotos: Holy Razzano, Degenkolb); al centro, Lorca, España, 2011, donde al principio los edificios no mostraban mayor daño, sin embargo todos los edificio de este complejo que tenían la configuración de planta libre, tuvieron que ser desocupados y demolidos; y a la derecha Chi-chi, Taiwan, 1999 (Foto: EERI)

La acera cubierta, o pórtico, es una configuración de planta baja libre parcial que por disposiciones de la norma de zonificación urbana local se encuentra en avenidas y calles comerciales y se utiliza principalmente en edificios de usos mixtos: residencial en los pisos superiores, y comercial en el inferior. Estos edificios cubren con sus pisos superiores la acera de la calle donde están ubicados. Las aceras cubiertas pueden ser de uno y dos pisos; constituye una de las variaciones más comunes de irre­gularidad en la distribu­ción de resistencia, rigidez y masa, que se in­cluye en la normativa en los centros urbanos de las ciudades contemporáneas como herencia de la ciudad medieval. Generalmente presentan estas PB una altura mayor para poder alojar mezanines que se utilizan como depósito de los comercios con ventanales y escaparates hacia la acera cubierta para mostrar la mercancía; a menudo se utilizan unas columnas con una gran esbeltez y se dejan espacios vacíos, lo cual genera una distribución irregular de la masa reactiva, la resistencia y la rigidez.

La planta libre también puede presentarse en pisos intermedios. Es una configuración típica de los programas oficiales de edificios de vivienda masiva que siguieron los patrones de la gran obra urbano-arquitectónica de LC, la Unidad Habitacional de Marsella (1947-1952). El concepto que predominó en el diseño de este tipo de edificio aislado fue la autosuficiencia, pues se incluían además de las funciones de residencia, los servicios comunales, tales como, biblioteca, escuela maternal, cine club, áreas para actividades recreativas, comercios y otros; algunos de ellos requerían de espacios amplios libres para lo cual se dejaba un piso completo o una gran sección de un piso, libre de paredes. En la figura 7 se señala en un corte y en una fachada, el piso libre de paredes para las actividades comunales en dicho edificio.

Figura 7. Corte y fachada de la Unidad Habitacional de Marsella de LC.

La figuras 8 ilustra primero dos ejemplos de edificios construidos en 1952 en Argelia que siguen el estilo moderno impuesto por las ordenanzas de los franceses antes del sismo de 1980 y que en Bertero et al., (1983, pp. 1-19 y 1-20), se identifican como vulnerables. A la derecha una perspectiva y una sección del edificio Cerro Grande en Caracas, diseñado y construido durante la década de 1950 por el Banco Obrero (hoy día INAVI) de Venezuela, (Venezuela, 1952, p. 135). Se puede apreciar cómo la distribución de las paredes no estructurales es irregular en alzado, pues se dejan libres la PB y un piso intermedio, el cual se diseñó originalmente para actividades comunales, siguiendo los postulados establecidos en la Unidad Habitacional de Marsella. La figura 1 muestra una isometría de la estructura en donde se ve que en donde existe planta libre no se tomaron medidas estructurales especiales para rigidizar en el sentido transversal, generando un piso blando en ambos niveles.

Figura 8. Dos ejemplos de edificios construidos en Argelia y fachada y corte del edificio Cerro Grande en Caracas, que siguen los patrones de la Unidad Habitacional de Marsella.

3 Las normas urbanas que estimulan el uso de las irregularidades piso blando y piso débil

El uso internacional de la planta libre como configuración arquitectónica en gran parte fue estimulado desde mediados del siglo XX, por las disposiciones incluidas en la normativa de zonificación urbana aún vigentes en numerosas ciudades del mundo, que no sólo recomiendan sino que en algunos casos hasta obligan a incorporar la planta libre en los pisos inferiores de los edificios, tanto para estacionamiento de vehículos como para actividades comunales. Como ejemplo de esta práctica, se incluyen referencias de algunos de los artículos revisados, que están contenidos en la normativa de zonificación urbana de Caracas, de Buenos Aires y de algunas ciudades de Puerto Rico, los cuales promueven el uso de plantas libres en la PB del edificio como regalía al constructor estimulando la práctica común de proyectar edificios con dicha planta sin cerramientos o sólo con los necesarios para delimitar el estacionamiento de vehículos, salas de fiesta u otros espacios de uso comunitario. Esta disposición como regalía al constructor, proyectista o desarrollista, aparece en casi toda la normativa urbana vigente en las ciudades contemporáneas. La Ordenanza de zonificación del Municipio Chacao, en Caracas (Venezuela, 1998), dice en el artículo 95 sobre estacionamiento de vehículos:

En la zona R-8 se requerirá dentro del área de la parcela un (1) espacio para estacionar vehículos por cada unidad de vivienda. Si la vivienda multifamiliar se construye sobre pilotes de una altura no mayor de dos (2) metros y veinte (20) centímetros, la planta baja podrá usarse como área de estacionamiento y dicha área no se computará dentro del área máxima de construcción, siempre y cuando no tenga acceso directo por la fachada principal."

También en otros ejemplos como: (a) El Reglamento de Planificación Núm. 4 de Puerto Rico (1992.) en la Sección 84.00: Disposiciones generales, diseño y provisión de espacio para el estacionamiento de vehículos; y (b) en el apartado 4.2.7.4: Edificación con planta baja libre del Código de Planeamiento Urbano de Buenos Aires (Argentina, 2002, Buenos Aires. 2002, p. 6). También en edificios de usos mixtos, comercios y residencias, ubicadas en corredores viales importantes, generalmente la normativa de zonificación obliga a incorporar en los niveles inferiores, entrepisos con alturas mayores que las de los entrepisos superiores, muchas veces sin particiones internas para permitir así la distribución libre de locales comerciales en los pisos bajos del edificio y la construcción posterior de mezanines, las cuales son generalmente utilizadas como áreas de depósitos de los comercios. Como por ejemplo, la Ordenanza Modificatoria de la Ordenanza sobre Zonificación del Municipio Libertador (Venezuela, 1989), con referencia a las avenidas Este 6 y Este 8 de Caracas, indican: “1. La altura de las dos (2) primeras plantas será obligatoriamente de siete con cincuenta (7.50) metros.” Si no se establecen en la normativa urbana controles descriptivos y restrictivos en cuanto a la construcción de mezanines, también puede inducir a la formación de columnas cautivas por el adosamiento de la nueva estructura de la mezanine a las columnas existentes originalmente.


4 Ejemplos emblemáticos


De la gran colección de edificios que han sufrido daños debido a los efectos de los sismos, continuación se describen algunos ejemplos emblemáticos de los años sesenta y setenta cuyos daños ante sismos se identificaron como causados por la presencia de piso blando y/o  piso débil y originaron que se comenzara a tomar en cuenta la influencia de estas configuraciones en el comportamiento sísmico de los edificios.

El edificio Palace Corvin en el sismo de Caracas, Venezuela, en 1967. Un ejemplo muy conocido internacionalmente de edificio en el que se puso en evidencia la condición desfavorable de piso blando en la PB. Este edifico tenía una planta arquitectónica en forma de H estaba. Los dos cuerpos principales alojaban apartamentos residenciales y en el medio se unían por el bloque de circulación vertical. En el cuerpo ubicado al este, se dejó la PB libre para estacionamiento, mientras en el del oeste se ubicaron apartamentos, de la misma forma en que se hizo en las plantas superiores. Sozen, M.A., et al, (1968, p. 39) indican:

La porción del edificio correspondiente al lado este, colapsó completamente mientras la parte del lado oeste sobrevivió el sismo sin daño estructural. (...) Las razones detrás de este significativo comportamiento divergente de las dos porciones del edificio pueden estar contenidas en los dibujos arquitectónicos que muestran el diseño de la planta baja. Las paredes interiores y las exteriores hechas de bloques huecos de arcilla, fueron interrumpidas en la planta baja de la porción del lado este del edificio para dejar espacio para el estacionamiento.

Figura 9. Planos de arquitectura del Palace Corvin y la foto que muestra el cuerpo oeste que sobrevivió sin colapsar pero que fue demolido y en primer plano el cuerpo que colapsó (Foto: V. Bertero).

Se incluyen en la figura 9, las plantas de arquitectura de la PB y de la planta tipo y un corte del edificio donde se muestra la PB libre en el ala este y en la figura 2 una foto donde se muestra al fondo el ala oeste que sobrevivió el sismo sin colapsar pero que debió ser demolida. 

El edificio principal del hotel Macuto Sheraton en el Litoral Central de Venezuela en el sismo de Caracas, Venezuela, en 1967. Las ilustran este ejemplo. La figura 10 muestra dos fotos de Bertero (1997, slides 69 y 70): una panorámica del edificio de 10 pisos, con sistema porticado de concreto reforzado y muros de carga en la dirección transversal (corta) desde el piso 4 al 8, y la falla significativa de las columnas de diámetro 1,10 m. las cuales fallaron significativamente en el nivel de entrada (piso 3) donde se interrumpió la continuidad vertical de los muros estructurales.

La figura 10 muestra un detalle de los pisos 2 y 3 y, sobre éste, el piso sanitario. A la derecha, un corte de la estructura refleja el sistema estructural de muros estructurales en los pisos superiores y de pórticos con columnas de 1,10 metros de diámetro en los inferiores. En los pisos superiores se produjeron daños en las paredes no estructurales exteriores de ladrillos.

Figura 10. Panorámica, foto de las columnas dañadas del nivel de entrada (piso 3) y un corte del hotel Macuto Sheraton (Fotos: V. Bertero)

El edificio principal del hospital Olive View en Sylmar en el sismo de San Fernando,  Constaba de cuatro cuerpos que se unían alrededor de un patio. Cada cuerpo tenía seis pisos y un altillo. El sistema estructural del semisótano y PB tenían sólo pórticos de concreto reforzado, mientras que los cuatro pisos superiores era una combinación de pórticos y muros estructurales de concreto reforzado. La losa de piso consistía principalmente de un sistema de losa plana. La forma y el refuerzo de las columnas variaban de un piso a otro. Según Bertero (1979, pp. 115-116), “la combinación de discontinuidades en rigidez, resistencia y ductilidad y el uso de masas innecesarias jugaron un papel importante en el comportamiento del edificio durante el sismo de San Fernando de febrero de 1971. (...) Las deformaciones permanentes de los dos primeros pisos fueron tan grandes (hasta 30 pulgadas de desplazamiento relativo entre la PB y el primer piso) que el daño estructural y no estructural sobrepasaba las posibilidades económicas para una reparación”. “Esta gran deriva, que causó daños no estructurales y estructurales, lo cual condujo a la demolición del edificio, fue una consecuencia de la formación de un piso blando en la PB debido a la existencia de paredes de concreto reforzado en los pisos superiores” (Bertero, V., 1997, texto en el slide J72). En la figura 11, se muestra la planta estructural tipo del nivel de entrada (PB) y del semisótano y la planta tipo de los cuatro pisos superiores, y el esquema de los daños generales que se produjeron en el edificio y la deformación en algunas columnas de la PB como consecuencia de la formación del piso blando y piso débil.


Figura 11. Plantas estructurales y esquema de daños del edificio debido a la formación de piso débil y piso blando.

El edificio Imperial County Services Building en el sismo del Imperial Valley, California, de 1979. Constaba de seis pisos y un altillo como se muestra en la figura 12. La resistencia lateral de este edificio estaba provista por un sistema porticado en la dirección longitudinal (E-O) y muros estructurales en la dirección transversal (N-S). Los muros estructurales en los cinco pisos superiores se ubicaron en las fachadas este y oeste, pero en PB se retrajeron hacia el interior y se disminuyó su longitud para dar la sensación de PB libre y seguir los preceptos arquitectónicos de LC. Además, los componentes rígidos y pesados del muro cortina en las fachadas norte y sur de los pisos superiores fueron también eliminados en PB generando un piso blando. Comenta Bertero  (1997, texto en los slides J76 y J77): “Esta condición, unida a la discontinuidad de los muros estructurales en sus extremos, impuesta por la configuración arquitectónica deseada, produjo daños severos en las columnas de la PB, particularmente en aquéllas ubicadas en el extremo este”.

Figura 12. Planos estructurales y perspectiva del edificio Imperial County Services Building y esquina sureste donde se produjeron los mayores daños.

Arnold y Reitherman, (1987, p. 124) explican:

(…) este edificio sufrió fallas estructurales graves, lo cual resultó en la fractura y acortamiento de las co­lumnas -por compresión- en el extremo oriental del edificio. Esta falla se atribuye a la discontinui­dad del muro estructural en este extremo del edificio. Como consecuencia el edificio completo fue demolido.

La diferencia arquitectónica entre los extremos oriental y occidental, puso en evidencia que la falla se originó en la configuración. La diferencia en la ubicación de los muros estructurales en la PB fue suficiente para crear una mayor diferencia en la respuesta a las fuerzas rotacionales o de vuelco de los grandes muros de los extremos. [Ver Arnold, Reitherman y Bertero en figura 13]

Un factor importante que resalta Bertero (2006), es el diseño de las columnas en la PB. Como se ilustra en la figura 13 la parte inferior de la columna se redujo la sección produciendo un entrante, surco, o retroceso alrededor, con el consecuente desvío del acero vertical para no interferir con dicho retroceso; así se redujo la rigidez en esta sección. Además, el confinamiento fue colocado en los extremos inferior de la columna y parte de éste quedó sepultado en el terreno; En la figura 14 se observan los daños producidos en las columnas por compresión y corte.



5 Observaciones finales

La planta libre es una configuración que no va a ser fácil de erradicar del repertorio arquitectónico. Esta configuración le proporciona al diseñador una serie de ventajas funcionales y estéticas y por eso se estimula su uso en los estudios de arquitectura y urbanismo. Pero ha sido reconocida por los especialistas en diseño de edificios sismorresistentes que esta configuración arquitectónica conduce a la formación de las irregularidades piso blando y piso débil, y cuando no se tratan apropiadamente cuando ocurre un sismo pueden producirse daños severos y hasta el colapso de los edificios. 

Arnold y Reitherman (1982 p. 120) explican:

Cuando los muros estructurales son los principales elementos resistentes a fuerzas horizontales pueden verse sometidos a soportar cargas muy grandes. Si estos muros no se alinean en el mismo plano de un piso a otro, las fuerzas creadas por estas cargas no puede fluir directamente desde el techo a los cimientos a través de los muros y el consiguiente flujo de fuerza indirecto puede resultar en serias sobrecargas en los puntos de discontinuidad. A menudo la condición de muro estructural discontinuo representa un caso especial, pero común, del problema de piso débil. Los requerimientos programáticos que exigen dejar una planta baja libre, resultan en la eliminación del muro estructural en ese piso y su substitución por un pórtico. Se debe enfatizar en que la discontinuidad del muro estructural es una contradicción de diseño fundamental: El propósito del muro estructural es recoger las cargas del diafragma en cada piso y transmitirlas a la fundación, tan directa y eficientemente como sea posible. Interrumpir este flujo de fuerzas es un error fundamental. Interrumpirlo en su base, es un pecado cardinal. Por lo tanto, el muro estructural discontinuo que se interrumpe antes de llegar a la PB representa “el peor caso” de la condición de piso débil.

Existen fuertes discrepancias entre las disposiciones de las normas de zonificación urbana (NZU) y las normas sísmicas en cuanto al uso de la planta libre y las causas que originaron la diseminación internacional de los conceptos arquitectónicos y urbanísticos que generan la vulnerabilidad en ciudades contemporáneas ubicadas en zonas sísmicas. Desde 1988 la mayoría de las normas sísmicas en todo el mundo, han ido incluyendo sanciones para el diseño y análisis de los edificios que presentan este tipo de irregularidad, que se traduce en el aumento de la fuerza de diseño, y desde principios del siglo XXI se aumentaron las sanciones para algunos casos. Mientras tanto la normativa urbana de la mayoría de las ciudades contemporá­neas en zonas sísmicas, generalmente realizada por arquitectos y urbanistas y aprobada por las autoridades locales, sigue incluyendo estímulos y en algunos casos la imposición en el uso de dichas configuraciones arquitectónicas sin ningún tipo de prescripción o restricción estructural y sin darse cuenta de la relación que existe entre la planta libre y las irregularidades de los tipos piso blando y piso débil. Como ejemplo de esta práctica, muchos párrafos de la NZU de diferentes ciudades modernas promueven el uso de la PB libre como una regalía para el constructor cuando proyecta edificios sin paredes o con las mínimas necesarias (Ver Guevara, Pérez, 2012, pp. 241-242). 

También en edificios de usos mixtos (comercios y residencias) ubicados en los corredores viales principales, la UZR por lo general obliga a que los edificios de uso mixto tengan un primer piso para las tiendas o actividades públicas que es más alto que los pisos superiores, a menudo sin divisiones internas, lo que permite la distribución libre de tiendas y otros espacios en la PB. Otra configuración en UZR es el uso de aceras cubiertas, con plantas total o parcialmente libres, de altura simple o doble. La experiencia, el manejo de conceptos, la idoneidad y el buen juicio tanto de los ingenieros como de los arquitectos y urbanistas es indispensable para dar una responsable y adecuada interpretación a las disposiciones contenidas en las normas sísmicas vigentes tanto para su aplicación en el diseño de edificios tipificables, como su adaptación a los casos especiales. Esto es condición necesaria pero no suficiente. 

Al mismo tiempo las autoridades locales deben velar por el cumplimiento de dichas normas con un enfoque sistémico de la ciudad simultáneamente con poner especial atención a los detalles constructivos y producir los instrumentos oficiales complementarios que deben ser incluidos en la normativa urbana. Ésta es una responsabilidad para la que no existe ninguna formación ni de funcionarios públicos ni de autoridades locales que, por lo general, son elegidas democráticamente y duran períodos relativamente cortos. Estas dificultades se constatan al observar que el control en la aplicación de las disposiciones para el diseño y construcción de edificios, factor de gran importancia en la reducción de la vulnerabilidad sísmica de la ciudad, aun en los países donde son obligatorias, es atribución de oficinas locales entre cuyo personal no existen profesionales ni cursos ad hoc en la reducción del riesgo sísmico en los tres niveles de intervención urbana.

6    Recomendaciones


Si en las ciudades contemporáneas en zonas sísmicas es inevitable el extendido uso de la configuración arquitectónica de PB libre, se recomienda que se incluyan disposiciones especiales en las normas de zonificación urbana (NZU) y la obligatoriedad de tomar medidas para evitar a toda costa la formación del piso blando y del piso débil en el diseño de nuevos edificios y la eliminación de estas irregularidades en los edificios existentes. Por ello es necesario prohibir el uso de esta configuración o incluir prescripciones o restricciones para los diseñadores tanto arquitectónicos como estructurales en dicha normativa, que permitan reducir la vulnerabilidad sísmica de los edificios en las zonas que han identificado como peligrosas, como ya se ha hecho en algunas ciudades de California tales como Alameda, Berkeley, Fremont y Oakland (Ver http://enginious-structures.com/pages/softstory.html). Hoy día hay disponibles muchos estudios analíticos sobre la identificación de la condición de piso blando y piso débil y cómo tratarla, pero hay pocos que involucren en este tema las decisiones arquitectónicas y urbanas. A continuación se presenta un resumen de algunas soluciones que Guevara y Paparoni propusieron en 1996 y que aún siguen vigentes:


Cuando se presenta la condición de planta baja libre: 

(a) Usar núcleos de ascensores y escaleras a toda lo alto del edificio y ubicarlos simétricamente, que sean suficientemente resistentes y rígidos para que sean capaces de tomar la casi totalidad del cortante basal, dejando las columnas de planta baja prácticamente sólo con solicitaciones axiales importantes y momentos y cortantes bajos; 

(b) Usar diagonales para rigidizar la PB, lo cual requiere de un diseño muy cuidadoso y completo; 

(c) Diseñar el primer piso para fuerzas mucho mayores que las de diseño y para desplazamientos mucho menores que los del resto de la estructura, manteniendo la características estructurales de los edificios puramente porticados; 

(d) Distribuir las "blanduras" entre varios pisos a través de cambios graduales de la rigidez. Estas soluciones deben siempre iterarse, utilizando análisis dinámicos sucesivos y verificaciones no lineales, ambas realizables con relativa facilidad con los programas modernos de computación. 

(e) Para los edificios en los que en los primeros pisos no sólo existe un piso blando sino que en algunos pórticos de fachadas se utilizaron alturas dobles o se discontinuaron las vigas de un pórtico a otro para crear espacios vacíos de varias alturas en los pórticos de fachada, o por ejemplo supri­miendo vigas de fachada para crear escalonamientos interiores, o rompiendo las conectividades esquineras entre fachadas mutuamente perpendiculares, impidiendo su acción conjunta como pórticos espaciales, se requiere de al menos un 60% de pórticos regulares para lograr un comporta­miento satisfactorio para movimientos de traslación solamente. La torsión sísmica podría obligar a usar porcen­tajes de regularidad sustancialmente mayores.

Otra solución es la de hacer fachadas no estructurales, conectadas "blandamente", es decir, con una unión flexible, con la estructura regular interior. Los escalonamientos interiores por supresión de vigas son particularmente peligrosos, pues concentran cortantes en las columnas más cortas del escalonamiento, por lo que se recomienda no usarlos. Se concluyó que en estructuras totalmente porticadas (sin núcleos colaboran­tes), si se logra mantener tan constante como sea posible el siguiente cociente entre pisos sucesivos, los efectos de las irregularidades se minimizan: 

Suma del total de las rigideces seccionales de las columnas de un piso/ rigidez total a cortante de ese piso. Todas las afirmaciones anteriores pueden ser consideradas como confiables siempre y cuando las paredes de los pisos superiores puedan considerarse, como "muy débiles" y "poco rígidas". En edificios de oficinas, las tabique­rías que se utilizan generalmente cumplen con estas condiciones. Pero en el caso de las tabiquerías de mamposte­ría, debido al empleo de bloques de arcilla con un porcentaje de agujeros de aligeramiento cercano al 80%, por­centaje que surgió por considerarse inicialmente que no tendrían funciones portantes, se puede hablar de paredes "débiles" pero no de paredes "blandas".(…) Una influencia que en muchos casos se ignora es el gran incremento en los esfuerzos flectores y axiales de las columnas del nivel de fundación, debido a los efectos torsionales. Además de las influencias dinámicas, el simple hecho de considerar como empotradas las columnas del primer piso o PB (nivel de arranque), como si las fundaciones fueran rígidas, induce a una concentración de esfuerzos en esa zona. 

La torsión sísmica induce también el alabeo vertical de los pisos de la estructura, debido al peculiar comportamiento de la mayoría de los esquemas de pórti­cos que utilizamos en la práctica, por ello se producen efectos que se suman al de la desaparición de las tabique­rías, esto se puede observar con claridad si usamos pórticos espaciales con pisos diafragmados y si, además hacemos un análisis no lineal de Push-Over (método del empujón) sobre la estructura y observamos donde apare­cen las primeras articulaciones plásticas. Estos comentarios quieren llamar la atención sobre la coexistencia de dos efectos indeseables que se manifiestan en el mismo lugar, haciendo aún más difícil el tratamiento del caso del "piso blando" o del "piso fuerte". Estos efectos adquieren importancia al desconectar entre sí las fachadas perpendiculares o al alterar las conectividades (supresión de vigas) en las plantas inferiores, por razones pura­mente arquitectónicas. Quizá la única recomendación práctica que se puede hacer es la necesidad de comple­mentar los pórticos de fachada debilitados con pórticos interiores con rigidez y resistencia suficientes. (…). 

No se puede entrar en demasiados detalles en esta problemática, pero se quiere llamar la atención de que la imposición, expresa o tácita, de las plantas bajas libres por parte de las normas de urbanismo, es en sí misma, una invitación a caer en el problema que tratamos, si no van acompañadas de recomendaciones o acciones especí­ficas, o limitaciones, por parte de las normas de diseño sismorresistente. Como estas últimas no están dirigidas específicamente a los arquitectos, es necesario que en las normas de urbanismo se haga mención de la problemá­tica que enfrentamos, haciéndolo de forma explícita, para tenerlo en cuenta desde el inicio de los proyectos.

Para los edificios existentes Bertero (1997, texto en el slide J80) recomienda:

Existen muchos edificios construidos en regiones de alto riesgo sísmico que, debido a sus sistemas estructurales y/o a la interacción con los componentes no estructurales, tienen piso blando con una resistencia a corte o con una ductilidad (capacidad de absorción de energía) inadecuadas, si se viesen sometidas a las vibraciones del terreno producidas por un sismo severo. De allí la necesidad de reforzarlos. Generalmente la forma más económica para reforzar estos edificios es agregándoles muros estructurales apropiados o diagonales en los pisos blandos.

En 2010 el Alcalde de San Francisco, California, Gavin Newsom estableció disposiciones sísmicas para la adecuación de edificios con piso blando (Ver informe ATC-52-3 en: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:wBcQ8hrmABoJ:www.sfcapss.org/PDFs/CAPSS_522.pdf+&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=ve y en http://www.spur.org/book/export/html/1955). A continuación se ilustran algunos métodos que se han utilizado para la adecuación estructural de edificios en los que existe piso blando en dicha ciudad. En la figura 15, a la izquierda Bertero (1997, slide J80) muestra como dos de los pórticos de un edificio que presenta una acera cubierta de doble altura se rigidizaron con diagonales de acero; a la derecha, se muestra la PB del antiguo edificio Alcoa al que se le hizo recientemente una adecuación estructural.

Figura 15. A la izquierda, edificio en San Francisco (foto: V. Bertero); a la derecha, antiguo edificio Alcoa.

7    Referencias


American Society of Civil Engineers (ASCE). 2010. Minimum design loads for buildings and other structures: ASCE Standard ASCE/SEI 7-10. Reston, Virginia. 

Argentina, Poder Ejecutivo de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires. 2002. Código de Planeamiento Urbano. Edición Actualizada al: 31 de diciembre de 2002, Buenos Aires. 

Arnold, Ch. y Reitherman, R. 1987. Configuración y diseño sísmico de edificios, Edit. Limusa, México. 

Bertero, V.V. 2006. Comunicación personal de abril 2006. 

Bertero, V.V. 1997. “Distribution of Mass, Stiffness & Strength”, Structural Engineering Slide Library, W. G. Godden, Editor. Set J: Earthquake Engineering, V. Bertero. NISEE, U.C. Berkeley, en http://nisee.berkeley.edu/bertero/html/uniform_distribution_of_mass_stiffness_strength_and_ductility.html. 

Bertero, V.V. et al. 1983. El-Asnam, Algeria Earthquake of October 10, 1980: A Reconnaissance and Engineering Report, Committee on Natural Disasters, Commission on Engineering and Technical Systems, NRC-EERI, National Academy Press Washington D.C. 

Bertero, V.V. 1979. "Seismic Performance of Reinforced Concrete Structures", ponencia presentada en las Sesiones Científicas 'Doctor Abel Sánchez Díaz' sobre Ingeniería Sismorresistente, Nov., 1978, publicado en los Anal Acad. Ci. Ex. Fis. Nat., Buenos Aires, Tomo 31, Buenos Aires. 

Building Seismic Safety Council - BSSC. 2000, NEHRP Recommended Provisions for Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures. Part 1: Provisions (FEMA 368). 

Canadá, 1990. Supplement to the Nacional Building Code of Canada, National Research Council of Canada, Otawa. 

Freeman, J.R. 1932. Earthquake Damage and Earthquake Insurance, McGraw-Hill, New York. 

Guevara Pérez, T. 2012, Configuraciones urbanas contemporáneas en zonas sísmicas, Fondo Editorial Sidetur and Ediciones FAU-UCV, Caracas. 

Guevara Pérez, T. 2009. Arquitectura moderna en zonas sísmicas, Editorial Gustavo Gili, Barcelona, España, 

Guevara, L.T. 1989. Architectural Considerations in the Design of Earthquake-Resistant Buildings: Influence of Floor-Plan Shape on the Response of Medium-Rise Housing to Earthquake. Ph.D. Dissertation, CED, University of California, Berkeley. 

Guevara, L. T. y M. Paparoni 1996. Soft First Stories Treatment in the Municipal Ordinances of a Hazardous Sector of Caracas, Paper No. 1065. Proceedings 11WCEE. Elsevier Science Ltd. 

Hanson, R. y H. Degenkolb. 1975. “The Venezuela Earthquake, July 29 1967”, en Earthquakes, Amercian Iron and Steel Institute, Washington, D.C.. 

Puerto Rico. 1992. Reglamento de zonificación de Puerto Rico (Reglamento de Planificación Núm. 4), Resolución Núm. RP-4-15-92, párrafo 7 de la Sección 84.00, Santurce, Puerto Rico. 

Sozen, M.A., et al. 1968. Engineering Report on the Caracas Earthquake of 29 July 1967. National Academy of Sciences. Washington, D.C. 

Wang, M. 1981 “Stylistic Dogma vs. Seismic Resistance: The Contribution of Modernist Tenets to an Algerian Disaster” en AIA Journal, November 1981, pp. 59-63, AIA. Washington, D.C. 

Venezuela, Banco Obrero, 1952.Vivienda popular en Venezuela, 1928-1952. Ministerio de Obras Públicas. Caracas. 

Venezuela, Concejo Municipal del Municipio Chacao del Estado Miranda. 1998. “Ordenanza de reforma parcial a la ordenanza de zonificación del Municipio Sucre, Número Extraordinario 382-10/92, en jurisdicción del Municipio Chacao” en Gaceta Municipal del Municipio Chacao, Número Extraordinario: 2272, Artículo 95, Caracas. 

Venezuela, Consejo Municipal del Distrito Federal. 1989. La Ordenanza Modificatoria de la Ordenanza sobre zonificación del Municipio Libertador, Gaceta Municipal del Distrito Federal, No. Extra 851-A. Caracas.

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