7.3.4: Problemas especiales

Visión general

Cada edificio grande presenta su propio conjunto de problemas de diseño para sobrevivir a las fuerzas sísmicas, lo que significa que los arquitectos deben considerar el temblor sísmico al diseñar una gran estructura en una región sísmicamente peligrosa como el noroeste del Pacífico. Considero el problema de una planta baja blanda y el tema del diapasón.

 

En un edificio con una planta baja blanda, la planta baja es más débil que las plantas superiores. La planta baja es ocupada por un garaje de estacionamiento o contiene grandes cantidades de espacio abierto ocupado por una tienda departamental o salón de baile del hotel. En lugar de muros de carga, estos espacios están soportados por columnas. Los códigos de construcción suelen limitar la altura de las historias suaves a dos pisos normales, o treinta pies. Pero el resultado es que la planta baja es menos rígida (tiene menos resistencia) que los pisos superpuestos. Dado que las fuerzas sísmicas ingresan al edificio en su base y allí son más fuertes, la planta baja blanda es una “discontinuidad de resistencia y rigidez” que absorbe la fuerza de las olas sísmicas. Sin una planta baja blanda, las fuerzas sísmicas se distribuyen de manera más equitativa en todo el edificio. Con una planta baja blanda, hay una tremenda concentración de fuerzas en la planta baja y en la conexión entre la planta baja y la segunda planta. Esto puede provocar colapso o colapso parcial de los pisos superiores, como sucedió en el Centro Médico Olive View del Condado de Los Ángeles durante el terremoto de Sylmar de 1971 (Figuras 12-10 y 12-11). Los pisos superiores estaban relativamente intactos, pero el piso más bajo y el sótano absorbieron gran parte de la fuerza. La aceleración vino de la derecha, y el edificio se vio forzado hacia la derecha, casi derribando el hueco de la escalera. El problema se puede aliviar agregando más columnas, rigidizando la estructura existente. Un segundo problema se ilustra en la Figura 12-12, en la que se construyeron departamentos sobre una cochera en el sótano, que actuó como una historia suave.

 

Esto nos lleva al problema del diapasón. Un órgano de tubo grande tiene tubos de diferentes longitudes para que el órgano pueda tocar diferentes notas. Las notas de bajo profundo se tocan en pipas largas, y las notas altas se tocan en pipas cortas. Un xilófono funciona de la misma manera: las notas altas se tocan en teclas cortas, y las notas bajas se tocan en teclas largas. Estos instrumentos están diseñados para aprovechar la frecuencia vibratoria de las pipas o teclas para hacer música. Un diapasón funciona de la misma manera. Golpea el diapasón y colóquelo en una superficie dura. Escucharás una nota específica, relacionada con la longitud del diapasón, que genera ondas sonoras de una frecuencia específica, la frecuencia vibratoria del diapasón.

 

Recuerdo un comercial de televisión en el que se hace añicos una copa de vino cuando una soprano wagneriana canta cierta nota alta. Los edificios funcionan de la misma manera. Un edificio alto vibra a una frecuencia más baja que un edificio corto, al igual que un diapasón. El problema viene cuando la ola sísmica transmitida a través del suelo vibra a la misma frecuencia que el edificio. El edificio resuena con las olas sísmicas, y la amplitud de las olas se intensifica. Siendo todas las demás cosas iguales, un edificio con la misma frecuencia vibratoria que las olas sísmicas sufrirá más daños que otros edificios de diferente altura.

 

En el terremoto de la Ciudad de México de 1985, las olas superficiales con un periodo de aproximadamente dos segundos fueron amplificadas por la arcilla blanda subyacente a la mayor parte de la ciudad, lo que también extendió el período de fuertes temblores. Los edificios entre diez y catorce pisos sufrieron los mayores daños debido a que tuvieron un periodo vibratorio natural de uno a dos segundos (Figura 12-13). Cuando las olas de esa frecuencia característica empujaron los cimientos de esos edificios hacia los lados, la resonancia natural provocó una acentuación del temblor lateral y resultó en grandes daños estructurales. En contraste, un edificio de treinta y siete pisos construido en la década de 1950, con un periodo vibratorio de 3.7 segundos, no sufrió daños estructurales importantes.