Los edificios tienen un gran peso en el análisis de la vulnerabilidad y riesgo sísmico en zonas urbanas debido al gran número de personas que lo habitan o trabajan en su interior. Es primordial lograr un diseño adecuado para evitar grandes daños o colapso de las estructuras en caso de un terremoto fuerte. Los daños observados en sismos pasados ponen de manifiesto que las irregularidades estructurales comprometen seriamente la estabilidad de las edificaciones. Las estructuras irregulares son aquellas que tienen discontinuidades físicas considerables en su configuración o en sus sistemas resistentes a las fuerzas que producen los terremotos. Para seleccionar correctamente la configuración estructural de un edificio se debe tomar en cuenta la forma de construcción en planta y elevación, así como la distribución de los elementos estructurales que constituyen el esqueleto resistente del edificio.

Las edificaciones deben ser simétricas respecto a sus dos ejes en planta, es decir, su geometría es idéntica en ambos lados de cualquiera de los ejes que se esté considerando, como por ejemplo la planta rectangular mostrada en el esquema debajo. El uso de plantas irregulares en forma de T, L, H, U, etc., cajas de escaleras, ascensores o muros de gran espesor o reforzados en los extremos de las plantas de los edificios puede provocar serios daños en las edificaciones.

 

 

Así mismo, la forma en la altura del edificio debe ser sencilla, regular y simétrica para evitar amplificaciones de la vibración en las partes superiores del edificio o concentraciones de esfuerzos en los pisos. Los daños ocurren cuando existen reducciones bruscas en las partes altas del edificio por concentraciones de esfuerzos. Por consiguiente es mejor evitar el diseño mostrado en el siguiente esquema.

Columnas cortas

Las columnas son elementos vitales en la estructura de un edificio ya que trasmiten las cargas a las cimentaciones y mantienes al edificio en pie. Por tanto es preferible que los daños admisibles se produzcan en las vigas y no en las columnas. En las vigas se genera una falla local que afecta principalmente al piso donde se produce, pero una falla en las columnas afecta a toda la estructura, pudiendo provocar el colapso de la misma.

En muchas ocasiones cuando ocurre un terremoto fallan varias columnas de los edificios, debido a que poseen longitud efectiva muy corta, de aquí el término de columna corta.

 

Las columnas cortas se presentan por tres causas principales, la primera cuando se rellena parcialmente el espacio existente entre columnas por paredes de mampostería, generando daños severos e incluso colapsos. En este caso la columna tiende a fallar en forma súbita ya que recibe fuerzas mayores que las de diseño, generadas por el impedimento a la deformación que le imponen los muros. Esta situación se presenta generalmente en edificaciones destinadas a centros educativos y hospitalarios donde se opta por construir espacios con ventanas cuyo ancho es igual a la distancia entre columnas. La segunda debido al acoplamiento de elementos estructurales y no estructurales como por ejemplo las vigas de escaleras y la tercera por la ubicación de los edificios en terrenos inclinados.

 

Continuidad de elementos estructurales verticales

Es de gran importancia la continuidad de las columnas desde la cimentación hasta el último piso del edificio con el fin de evitar concentraciones de esfuerzos en puntos críticos de la estructura. La discontinuidad de elementos estructurales verticales provoca que las cargas no se distribuyan uniforme, ocasionando concentraciones de esfuerzo, llegando a ocasionar la falla de los mismos.

Diseño de columnas y calidad de los materiales

La selección inadecuada del sistema estructural de la edificación y la baja calidad de los materiales de construcción son fuentes de serios daños a ella cuando ocurre un sismo de gran magnitud. La inadecuada separación de los cercos en columnas e insuficiente refuerzo longitudinal produce serios daños a las edificaciones.

 

El uso insuficiente de barras de acero de refuerzo o barras lisas que no garantizan la adecuada cohesión entre el hormigón y el acero, son factores que inciden negativamente en la respuesta de las estructuras a los movimientos sísmicos.

Pisos débiles o suaves

Durante un evento sísmico, la diferencia de rigideces y resistencia en algunos entrepisos de una edificación puede producir desplazamientos excesivos en los pisos débiles, lo cual produce fuerzas adicionales en los elementos estructurales que, en muchas ocasiones, no fueron previstos en el diseño. Estas fuerzas adicionales contribuyen a que se rebase  demanda adicional de carga contribuye a que se rebase la capacidad de los elementos estructurales, induciendo el colapso de la estructura.

Varios tipos de esquemas arquitectónicos y estructurales conducen a la formación de los llamados pisos débiles, es decir, pisos de la edificación que tienen  menos concentración de muros, mayor altura que los otros o la interrupción  de elementos estructurales verticales en el piso y por tanto, son más vulnerables y pueden provocar el colapso o la imposibilidad de utilizar la edificación luego de un terremoto.

Este problema estructural se observa con mayor frecuencia en plantas bajas destinadas para parqueos vehiculares, restaurantes, lobbies, entre otras; de forma tal que en este piso existen solamente columnas (plantas abiertas) por lo que tiene menor rigidez que los pisos superiores que tienen paredes. Este fenómeno también ocurre en niveles superiores donde exista un marcado contraste entre los elementos estructurales utilizados y el nivel de rigidez y resistencia de los mismos, debido a la búsqueda de volúmenes mayores en algún piso de la edificación por requerimientos técnicos, lo cual conduce a que estos pisos sean más flexibles causado por la mayor altura de los elementos verticales.

Golpeteo entre edificios

 

Otra causa de daños en edificaciones durante un terremoto fuerte es el fenómeno conocido como golpeteo. Esta situación ocurre por la interacción entre las estructuras adyacentes, que tienen una separación inadecuada y que además difieren en la distribución en altura de los niveles de los entrepisos, puede producir una respuesta irregular debido a los efectos de impacto. Estos impactos, que pueden ser catastróficos, provocan daño en esas zonas debido a la gran masa en movimiento que representa un edificio e incluso compromete la estabilidad de las edificaciones.

 

 

Concentraciones de masas.

Las acciones horizontales generadas por el sismo crecen con la altura y las grandes masas sufren acciones de inercia mayores, por ejemplo, en los pisos superiores se concentran elementos como tanques de almacenamiento de agua, equipos, bodegas o archivos.

 

Deben evitarse fuertes diferencias de pesos entre pisos sucesivos, ya que generan variaciones bruscas en las fuerzas de inercia y en la forma de vibrar del edificio Se recomienda que las distribuciones de masas sean uniformes en todos los pisos, ya que de existir concentraciones de masas en alguna zona del edificio podría generar vibraciones torsionales.

Se debe evitar la presencia de masas superfluas, tales como rellenos excesivos en terrazas, terrazas con jardín, etc. Es conveniente solucionar la provisión de agua con sistemas que eviten la construcción de una reserva de agua voluminosa en el nivel más alto del edificio.