Proyecto Arquitectónico En Zonas Sísmicas

Por Alejandro Rojas Contreras

La arquitectura mexicana actual est mostrando su talento en las obras que proyectan. Sin embargo, sea cual fuese el proyecto arquitectnico, es indispensable considerar las condiciones que existirn en eventos ssmicos. No hacerlo as significa exponerse a incertidumbres de servicio o riesgos de estabilidad, que pueden inhabilitar o hacer fallar la estructura que se trate.

Fue as como se perdieron en la ciudad de Mxico legados importantes de arquitectura, por los efectos del sismo de 1985. A partir de ese entonces somos mejores: aprendimos que la arquitectura est ligada a las condiciones de su entorno.

La Torre Latinoamericana es un icono de la Ciudad de Mxico porque conjunta arquitectura, estructura, cimentacin y sismo. El sismo de 1957 permiti reconocer el avance que se estaba logrando al integrar el diseo ssmico y la arquitectura. El de 1985 nos record que esa integracin no es opcional, es necesaria. Esto exige que la participacin del arquitecto y el ingeniero sea estrecha para beneficio de todos.
El costo en vidas y los daos materiales se minimizan en la medida en que se incrementen las consideraciones ssmicas en los proyectos arquitectnicos.

El presente libro lo introduce a uno en el tema, cmo y por qu se originan los sismos, cules son los principales elementos a considerar en el clculo de las fuerzas ssmicas, y cmo se integran esos resultados en el diseo final. Es mrito del autor haberlo logrado: su formacin acadmica de licenciatura en ingeniera civil, su postgrado en arquitectura y su desarrollo profesional en ambas actividades, lo han permitido.

Es as como logra llevar al lector en un recorrido que permite visualizar la importancia del proyecto arquitectnico en zonas ssmicas. Explica de manera amena los elementos bsicos que se requiere conocer de fsica, sismologa y estructuras para llegar a los conceptos de coeficiente ssmico y espectro de diseo.
Aborda el efecto de los sismos en los suelos: los tipos de suelos y sus caractersticas, los reglamentos de inters y comentarios en paralelo para ampliar las perspectivas del tema.

Contina con el efecto de los sismos en los edificios, el comportamiento de sus elementos y sistemas estructurales. Presenta las condiciones de diseo arquitectnico en zonas ssmicas y las configuraciones antissmicas a considerar. Completa este marco general con el comportamiento de los diversos sistemas estructurales y los procesos aplicables, indicando las precauciones que deben tenerse durante su construccin. Al final presenta casos prcticos, que son ejemplos actuales de proyectos urbanos que no son ajenos al lector.

Este libro de Alejandro Rojas ayudar a quien lo utilice, ya sea en el aula o en el taller de arquitectura

Carlos E Gutirrez Sarmiento
Abril del 2008.

• Idioma: Español
• Editorial: Palibrio
• Fecha de lanzamiento: 10 jul 2012
• ISBN: 9781463330095

Alejandro Rojas Contreras

Alejandro Rojas Contreras es Ingeniero Civil egresado de la UNAM, casa en la que realizó estudios de maestría en arquitectura y posteriormente algunos en Ingeniería en la rama de estructuras. Cursó también un MBA en el Instituto panamericano de alta dirección de empresas, IPADE. Ha impartido cátedra en la UNAM por más de 13 años, y en el ÍTESM por 2 años a niveles de licenciatura y postgrado. En la rama profesional cuenta con una experiencia de más de 30 años en los que ha participado en el diseño de estructuras e instalaciones de varios millones de metros cuadrados de construcción en la mayor parte de la República Mexicana. Ha sido empresario independiente y director de ingeniería, director técnico y director general de empresas desarrolladoras inmobiliarias de gran prestigio en México. En la rama gremial ha pertenecido al Colegio de Ingenieros Civiles de México, a la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural y a la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica además del Padrón de Corresponsables en seguridad estructural del Gobierno del Distrito Federal y al de Peritos Certificados en Seguridad Estructural.

Vista previa del libro

CONTENTS

El autor

PRÓLOGO

EL PROYECTO ARQUITECTÓNICO EN ZONAS SÍSMICAS.

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES

EFECTO DE LOS SISMOS

EN LOS SUELOS

EFECTOS BÁSICOS DE LOS SISMOS EN LOS EDIFICIOS Y CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS QUE DEFINEN EL COMPORTAMIENTO

COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CONDICIONES DE DISEÑO ARQUITECTÓNICO

EN ZONAS SÍSMICAS

CONFIGURACIONES ANTISÍSMICAS.

COMPORTAMIENTO

DE SISTEMAS ESTRUCTURALES

Y CONSTRUCTIVOS

PRECAUCIONES DURANTE

LA CONSTRUCCIÓN

CASOS PRÁCTICOS

EPÍLOGO

REFERENCIAS

Con especial amor a Margarita, a mis hijos y a mis entrañables amigos de profesión incluidos todos mis maestros sobre todo aquellos que sin proponérselo, me enseñaron a investigar y romper paradigmas.

Alejandro Rojas Contreras

EL AUTOR

Alejandro Rojas Contreras es Ingeniero Civil egresado de la UNAM, casa en la que realizó estudios de maestría en arquitectura y posteriormente algunos en Ingeniería en la rama de estructuras. Cursó también un MBA en el Instituto panamericano de alta dirección de empresas, IPADE. Ha impartido cátedra en la UNAM por más de 13 años, y en el ÍTESM por 2 años a niveles de licenciatura y postgrado. En la rama profesional cuenta con una experiencia de más de 30 años en los que ha participado en el diseño de estructuras e instalaciones de varios millones de metros cuadrados de construcción en la mayor parte de la República Mexicana. Ha sido empresario independiente y director de ingeniería, director técnico y director general de empresas desarrolladoras inmobiliarias de gran prestigio en México. En la rama gremial ha pertenecido al Colegio de Ingenieros Civiles de México, a la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural y a la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica además del Padrón de Corresponsables en seguridad estructural del Gobierno del Distrito Federal y al de Peritos Certificados en Seguridad Estructural.

… Es virtuoso el hombre que por sí mismo lo sabe todo. Bueno es también, el que escucha al que habla juiciosamente. Pero el que ni de lo suyo sabe, ni deposita en él lo que de otro oye, es un tipo inservible…. (Hesíodo, 2008)

Hesíodo

s. VII a.c.

I

PRÓLOGO

En este libro que ahora se pone en tus manos, querido lector, ya seas especializado o en proceso de especializarte en diseño de estructuras resistentes a sismos, o en concordancia con el título de esta obra, en proyecto arquitectónico en zonas sísmicas, se proponen como bases filosóficas tres características que deben existir en los profesionistas cuyo trabajo tiene impactos sociales importantes y que resume de manera muy sabia uno de los empresarios más importantes de México, el Arq. Cuauhtémoc Pérez Román: Buscar la verdad, la bondad y la belleza. No se proponen recetas infalibles así como tampoco la solución al problema a partir de la idea única de un solo profesionista, por el contrario, la propuesta es romper paradigmas a partir primero, de adquirir conocimientos específicos y profundos sobre la materia; segundo, con la interacción de varias especialidades, por ejemplo, sismología, ingeniería estructural, física y construcción cuya encrucijada se une en el quehacer del arquitecto y; tercero, manteniendo presente, en todo momento, que atrás de nuestros diseños y construcciones, hay personas, usuarios sobre los que adquirimos una responsabilidad ya sea de manera directa o indirecta.

Los sismos ocurridos en México en septiembre de 1985; en Haití, en enero de 2010 con magnitud de 7 grados en la escala de Richter; el de la región de Maule, Chile en febrero de 2010 con magnitud de 8.8 grados en la misma escala Richter y; el ocurrido en abril del mismo año en México, Baja California que afectó fuertemente la ciudad de Mexicali y su Valle, con magnitud de 7.2, nos recuerdan que los valores tanto del individuo como de las sociedades, son el principal ingrediente para enfrentar catástrofes, entre otros: Humildad, solidaridad, empatía y responsabilidad social.

La humildad nos permite reconocer que muchas de las maneras como actúa la naturaleza, siguen siendo desconocidas para nosotros y eso nos motiva a mantenernos permanentemente aprendiendo, investigando, inventando y descubriendo formas para convivir con ésta. Mantener esa actitud humilde también nos permite aceptar que el conocimiento, la capacidad de aprender, es un acto que el ser humano comparte siempre y ésta característica es quizá, la fuente más importante del desarrollo del aprendizaje y del conocimiento. Aprender de otros y a partir de ese acto, generar nuevo conocimiento y compartirlo en un ciclo virtuoso siempre presente en la vida de las personas y las sociedades en las que se desarrolla. Este valor, nos enseña que ser buscadores de la verdad es una de las actitudes esenciales para llegar a ser un espíritu grande.

La solidaridad y la empatía, nos hacen ver que somos individuos que convivimos en comunidades y somos independientes en lo personal y dependientes en lo social; que hay siempre una interacción entre el yo y el ustedes y por ello el alcanzar metas personales siempre, ineludiblemente siempre, es más productivo cuando en esas metas se involucra el bien común. Ayudar a nuestros semejantes en cualquier circunstancia y especialmente en situaciones de crisis; apoyar a nuestras comunidades; en concreto, ser solidario y empático, potencializa el crecimiento del espíritu: Sin lugar a duda, la suma de uno más uno dará como resultado, por lo menos tres. La búsqueda de la bondad es otra de las actitudes básicas para encontrar en uno mismo ese espíritu grande.

La responsabilidad social generada por la propia humildad y basada en la solidaridad nos representa un marco de comportamiento sobre el cual se deben mover los actos del hombre en lo general y de las empresas que el humano crea para generar y compartir riqueza material que sirva de sustento físico a la generación de crecimiento espiritual. Es entonces cuando el hombre se convierte en buscador de la belleza.

El autor utiliza un lenguaje sencillo y llano, de fácil lectura y comprensión y al mismo tiempo mantiene la profundidad necesaria como para que el lector encuentre por sí mismo caminos para, primero entender y después proponer sus propias soluciones al diseño de edificaciones en zonas sísmicas. A lo largo del texto plantea una tesis básica: La sencillez o la reducción de variables complejas a conceptos simples. Así, plantea por ejemplo, que los diseños deben ser fáciles de dibujar debido a que este sencillo principio conducirá a obras fáciles de presupuestar, programar y construir. Esta tesis se plantea también cuando el autor explica que el sismo, por ser una fuerza inercial, tendrá efectos en las estructuras en proporción directa a su peso y este efecto será de más fácil predicción en la medida en la que la configuración se acerque más a la simetría. Por lo tanto, mientras menos peso, menos efecto o también, menos probabilidad de daño después de un sismo.

No debemos retar a la naturaleza, no es necesario. Es posible, es indispensable y cada día más importante y urgente aprender a vivir y a conservar nuestro mundo. Desde este punto de vista, cualquier iniciativa que proponga de alguna manera cómo convivir con nuestro planeta, independientemente de su índole, es una buena noticia. Por ello, apoyarlas será en todo momento un principio de vida tanto personal como de empresa.

Te invito, querido lector, a revisar este libro.

Alejandro Rojas Contreras

Mexicali, BC

Dic 2010

EL PROYECTO ARQUITECTÓNICO EN ZONAS SÍSMICAS.

I

INTRODUCCIÓN

Hay dos aspectos de relevancia que motivan el presente texto: El primero tiene que ver con los planes de estudio de las escuelas de arquitectura, tanto en nuestro país, como en el resto del mundo; el segundo se relaciona con la necesidad que nos impone la naturaleza cuando de diseño de estructuras se trata, dentro de zonas sísmicas.

Tradicionalmente, se enseña arquitectura con referencia en temas como la Antropometría, Métodos Constructivos, Estética, sensibilidad de espacios e incluso Administración y Construcción, entre otros. En la mayoría de escuelas y facultades dedicadas a esta especialidad, se imparten temas de análisis y diseño de estructuras, pero en casi ninguna se estudia ingeniería sísmica, sismología o algún tema afín, de hecho, no existe alguna asignatura que se llame arquitectura Sísmica. Esto ha sido así desde los tratados de Vitrubio (Vitrubio, 1992), hasta nuestros días.

El hecho natural de habitar en una zona de alta ocurrencia sísmica y a su vez, la experiencia histórica, nos han demostrado que la configuración arquitectónica se relaciona directamente con el comportamiento de una edificación sujeta a fuerzas sísmicas, esto nos obliga a considerar diseños especiales que favorezcan, desde la concepción del proyecto arquitectónico, formas estructuradas eficientes que faciliten un comportamiento adecuado durante la acción de este tipo de meteoros.

En el libro que ahora se presenta, se llena al menos en parte, ese hueco en la enseñanza de la arquitectura en México a través de la conexión entre fuerzas sísmicas, configuración arquitectónica y estructura.

Existen algunos textos que cubren el mismo tema y de los cuales se enlista una bibliografía al final de este libro. En la mayor parte de ellos, se tratan los conceptos relacionados desde el punto de vista de la arquitectura o desde el correspondiente a la Ingeniería. En este texto se pretende dejar de lado la división tradicional entre estas disciplinas y se enfoca a presentar una serie de temas con la suficiente profundidad como para que, tanto el profesional como el estudiante, comprendan el efecto que tienen los sismos en las estructuras y a partir de dicho conocimiento, se adentren en el diseño de edificaciones cuyo comportamiento ante la ocurrencia de sismos, sea conceptualizado desde el diseño arquitectónico tal como se hace con los temas antes mencionados, desde la antropometría, hasta los procesos constructivos.

Leyendo el criterio de Vitruvio cuando se refiere al arquitecto en los siguientes términos… Deberá, pues, ser ingenioso y aplicado; pues ni el talento sin estudio, ni éste sin aquel, pueden formar artífice perfecto. Será instruido en las Buenas Letras, diestro en el Dibujo, hábil en la Geometría, inteligente en la Óptica, instruido en la Aritmética, versado en la Historia, Filósofo, Médico, Jurisconsulto y, Astrólogo… (Vitrubio, 1992) se comprende que, en efecto, el arquitecto debe tener una cultura muy amplia, sin que necesariamente sea experto en todas las artes y ciencias. Con base en ello, en este texto, se tratan los temas con profundidad suficiente pero sin ser exhaustivos. En todos los temas se proporciona bibliografía para que el interesado profundice tanto como desee o requiera.

Es muy importante que el lector tome en cuenta que éste, es producto del estudio y experiencia del autor, hecho que por sí mismo, limita el alcance del libro a recomendaciones útiles para el diseño arquitectónico en zonas sísmicas y no significa que éstas sean infalibles. Es decir, en ningún momento sustituye ni el genio, ni la responsabilidad del arquitecto. Sí se dan herramientas suficientes, a través de conceptos para que mediante la combinación ingeniosa y artística de ellos, el arquitecto logre definir configuraciones eficientes en relación con los sismos, con la única limitación que su propia capacidad le dé.

A lo largo de todo el libro se hace uso exhaustivo de gráficas, fotografías y dibujos en primer lugar porque este es el lenguaje natural del arquitecto y en segundo, tanto para complementar una explicación de texto como para ampliarla.

En el capítulo II Antecedentes, se explican conceptos básicos, necesarios para la mejor comprensión del resto del libro. Estos temas se tratan de manera sencilla y con un punto de vista coloquial o cotidiano. Tienen como finalidad principal introducir al lector en conocimientos complejos de manera que le sea fácil relacionarlos con su vida diaria y posteriormente aplicarlos al objetivo central del texto.

En los capítulos III al V se introduce al lector en áreas básicas de Ingeniería Sísmica Estructural, fundamentales para la comprensión de nuestro tema principal, dado que se recomienda tomar la idea de Félix Candela: … la creación de la estructura, desde el punto de vista artístico, concepción que no comparten los ingenieros, a menos que respecto de un puente o alguna otra obra tengan que actuar como arquitectos… En tal sentido, el diseño estructural comprende la concepción de la forma (Tonda, 2000). Este libro se fija como criterio básico el principio de que el diseño de la estructura es parte de la concepción integral del diseño del espacio lo cual es labor del arquitecto, y no necesariamente del ingeniero quien por tradición, hace los cálculos.

Los capítulos VI y VII explican los criterios más importantes que debe tener en cuenta un arquitecto cuando diseña estructuras en zonas sísmicas. La intención de estos capítulos es ejemplificar con el uso exhaustivo de gráficas, las teorías de comportamiento explicadas en los temas antecedentes. El lector, al llegar a esta parte, deberá haber adquirido sensibilidad sobre los temas antecedentes, de no ser así, estos capítulos causarán su confusión y dejarán conocimientos poco prácticos.

Los capítulos VIII y IX tratan de sistemas constructivos y precauciones durante la construcción de manera concreta y resumida, con el objetivo de presentar al lector, un complemento a los temas anteriores y además, despertar en él la curiosidad de investigar, con la profundidad que cada uno de sus proyectos requiera, materias cuyo cambio continuo lo ameritan.

En el capitulo X se revisan varios casos prácticos en los que se aplicaron los conceptos que enseña este libro. En algunos de esos casos, el autor fue responsable del proyecto estructural o de la dirección general del proyecto. En otros casos, el desarrollo de los proyectos fue responsabilidad de otros profesionistas. En todos ellos, los profesionistas son de nacionalidad mexicana y sin duda, un ejemplo de la muy alta calidad de los cerebros que nuestro país es capaz de generar.

Al final del libro se presenta una bibliografía muy amplia en la que, como ya mencionamos, el lector tendrá capacidad para profundizar cualquiera de los temas que aquí se tratan.

II

ANTECEDENTES

Los sismos , terremotos, temblores o como prefiera el lector llamar a los movimientos de tierra, tienen características o conocidas, o adjudicadas por los estudiosos del tema e incluso total o parcialmente desconocidas. Su estudio es muy complejo y se ataca desde especialidades tan distintas como la geofísica, a través de la sismología, la sociología y la ingeniería sísmica. Sin embargo, con el conocimiento básico de algunos temas de sismología y otros de ingeniería sísmica, estos fenómenos, son de comprensión más o menos sencilla, al menos lo suficiente como para que, su estudio, sea de utilidad en el desarrollo de aplicaciones generales a la configuración arquitectónica.

Los sismos, en general, tiene dos motivos de ocurrencia: Natural o provocada por el humano. Es generada por el humano cuando se produce, por ejemplo, de explosiones, choques, máquinas vibratorias o ataques terroristas. Serán de ocurrencia natural cuando se producen por explosiones volcánicas, movimiento de placas tectónicas, deslizamientos de tierra, y otras razones.

Este texto se refiere únicamente a aquellos debidos al movimiento, a gran escala, de placas tectónicas en las zonas continentales, toda vez que son los que mayor daño han causado a la humanidad. No haremos referencia a sismos producidos en las placas oceánicas dado que, si bien son causantes de enormes destrozos por ser generadores de tsunamis, el problema que producen no se debe al movimiento de las placas en sí mismo, sino más bien a los movimientos de grandes masas de agua en tiempos relativamente cortos y cuyo estudio queda fuera del propósito planteado.

Además de explicar el origen de los sismos, en este capítulo se exponen una serie de definiciones básicas sobre física, estructuras y otros temas que tienen como objeto unificar un lenguaje de uso común en este libro y hacer de más fácil comprensión los temas centrales de nuestro estudio. Es muy recomendable leer este capítulo principalmente porque, aun siendo el lector conocedor de los conceptos tratados, se explican de forma sencilla y se destaca su correspondencia con la realidad cotidiana.

1. Exactitud y Nivel de aproximación.

Es muy común que se piense que el cálculo de una estructura es exacto, que los números no mienten o que los resultados de una computadora son precisos. Nada más lejos de la verdad.

En realidad, los cálculos que se hacen a través de una calculadora, computadora o con algún otro procedimiento mecánico o manual, son muy precisos, sin embargo, la información que alimenta a dichos cálculos, normalmente no lo es. Por ejemplo, para calcular la sección de una viga de acero, sujeta a cualquier tipo de cargas, requerirá al menos los siguientes datos: resistencia del material de fabricación de la viga; carga que se aplicará durante su vida útil; tamaño de la viga y; condiciones de apoyo.

Empecemos por la resistencia del material. Normalmente su fabricación es un proceso controlado dentro de rangos de calidad permitidos por las normas de fabricación (cada país fija sus propias normas). Así, la resistencia del material depende, entre otras cosas de: combinación de materias primas; temperatura de fabricación; proceso de enfriado; etc. Entonces, la norma de calidad más bien nos dará un rango permisible y no un número exacto, tanto para la resistencia como para el tamaño.

Notará el lector que lo mismo sucede con los otros datos que se requieren ya sean cargas, condiciones de apoyo o cualquier otro. Esto significa que, el resultado del cálculo será un rango de probabilidad de falla y no un cálculo exacto.

Este mismo criterio se lleva a la escala que se requiera, lo mismo para el cálculo de todo un edificio que para una sencilla viga.

Con base en lo explicado, la recomendación será siempre buscar la aproximación más precisa pero sin olvidar el uso que tendrá evitando perderse en cálculos complicados que a fin de cuentas no sean relevantes. Por ejemplo, el cálculo de un avión supersónico o de una nave espacial, requerirá muchísima más precisión que el cálculo de una casa habitación; Lo mismo nos da saber que la población en México en el año 2002 fue de 100 millones de habitantes, que conocer el dato preciso.

Al realizar operaciones con una calculadora normalmente bastará con dos decimales.

2. Análisis Dimensional.

El análisis dimensional nos enseña la manera de manejar las unidades de medida de tal forma que nos permite trabajar con conceptos físicos y matemáticos dentro de un marco bien definido y congruente. Conocer estos sencillos principios equivale a sumar peras con peras y manzanas con manzanas.

Existen básicamente tres sistemas de unidades utilizados en el mundo: El Sistema Inglés o imperial, utilizado principalmente en los países anglo – sajones como Estados Unidos e Inglaterra y que, dado su poder económico, se mantiene en uso aún en la actualidad; el Sistema Métrico Decimal, adoptado por la mayoría de las naciones por su parecido con el Sistema Internacional y; el Sistema Internacional utilizado de manera obligatoria en cualquier foro, ya sea científico, económico, administrativo, comercial, etc.

Todos los sistemas de unidades miden cuatro cantidades básicas (Huang, 1980): Longitud, Tiempo, Masa y Fuerza. Se llaman básicas porque no dependen de ninguna otra. En la tabla II.1. se indican las distintas unidades y su nomenclatura.

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Observe que la nomenclatura es precisa, con minúsculas y sin punto, así pues, no es lo mismo mts. que m para señalar metros. Aquí no se indican otras unidades derivadas como son Toneladas (ton), Pulgadas (in), Centímetros (cm), etc.

Se dará cuenta que no es ni sencillo ni conveniente utilizar diversos sistemas